[go: up one dir, main page]

RU2722088C1 - Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof - Google Patents

Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2722088C1
RU2722088C1 RU2019113985A RU2019113985A RU2722088C1 RU 2722088 C1 RU2722088 C1 RU 2722088C1 RU 2019113985 A RU2019113985 A RU 2019113985A RU 2019113985 A RU2019113985 A RU 2019113985A RU 2722088 C1 RU2722088 C1 RU 2722088C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
temperature
resistant material
reference object
objects
Prior art date
Application number
RU2019113985A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Балалаев
Мария Анатольевна Паренюк
Дмитрий Михайлович Тимкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС)
Priority to RU2019113985A priority Critical patent/RU2722088C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722088C1 publication Critical patent/RU2722088C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for investigation of thermophysical characteristics of heat-insulating materials with large internal inhomogeneity, mainly, vacuum heat-insulating articles. In compliance with this invention, heat flow is generated by heat release source. First portion of the heat flow is first passed through the first reference object with high heat conductivity and then through the analysed object. Dependence of temperature of first reference object on time is measured. Second part of the heat flow is passed through the second reference object with high heat conductivity, and then through the heat-resistant material. Dependence of temperature of second reference object on time is measured. Ambient temperature and time intervals during which the temperature of the first and second reference objects is increased by a predetermined value at seven different levels of initial temperatures of the first and second reference objects are determined. Substituting values of differences of time intervals, during which temperature of first and second reference objects is increased by a given value, and value of ambient temperature into equations, having generalized form:
Figure 00000043
where i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and then solving a system of seven equations using a computing device relative to seven unknown values αh1, αh2, α1, α2, χ, W and Ru, the latter of which is the specific thermal resistance of the analysed object.
EFFECT: technical result is high accuracy of measuring specific heat resistance of the analysed object.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов с большой внутренней неоднородностью, преимущественно вакуумных теплоизоляционных изделий.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to study the thermophysical characteristics of heat-insulating materials with great internal heterogeneity, mainly vacuum heat-insulating products.

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.].A known method of measuring specific heat resistance, which consists in forming a heat flux, passing a heat flux through a first reference object, then from the inner surface of the test object to the outer surface of the test object, measuring the time dependence of the temperature of the inner surface of the test object in the area of heat flow, measuring the dependence on the time of the temperature of the outer surface of the test object in the region of the heat flux, passing the heat flux after the test object through the second reference object, measuring the time dependence of the surface temperature of the first reference object in the region of the heat flux entering the first reference object and measuring the time dependence of the surface temperature of the second a reference object in the area of the heat flux exit from the second reference object, determining temperature differences using the first reference object and the second reference object, taking into account which determine the heat loss and the value of the specific thermal resistance [see RF patent No. 2330270, class G01N 25/18, publ. 07/27/2008 Bull. No. 21, “A method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation”, authors: E.V. Abramova et al.].

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.].A device is known that contains a heat source, generating a heat flow, a first temperature meter, a second temperature meter, a third temperature meter, a fourth temperature meter, an electronic processing unit, the output of the first temperature meter is connected to the first input of the electronic processing unit, the output of the second temperature meter is connected to the second input of the electronic processing unit, the output of the third temperature meter is connected to the third input of the electronic processing unit, the output of the fourth temperature meter is connected to the fourth input of the electronic processing unit, the first reference object and the second reference object, while the heat flow passes sequentially through the first reference object, the studied object and the second reference object, the first temperature meter is placed between the outer surface of the heat energy source and the outer surface of the first reference object in the area of heat flow a, a second temperature meter is placed between the outer surface of the first reference object and the inner surface of the investigated object in the region of the heat flux, the third temperature meter is placed between the outer surface of the studied object and the outer surface of the second reference object adjacent to it in the region of the heat flux, the fourth temperature meter placed on the outer surface of the second reference object in the area of the heat flux exit from the second reference object, and the electronic processing unit provides the ability to calculate the specific thermal resistance from signals from the first, second, third and fourth temperature meters [see RF patent No. 2330270, class G01N 25/18, publ. 07/27/2008 Bull. No. 21, “A method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation”, authors: E.V. Abramova et al.].

Недостаток данного способа и устройства заключается в низкой точности измерения удельного теплового сопротивления измеряемого объекта по результатам измерения температур с помощью термопар, размещенных на границах эталонных объектов, так как на границах твердых тел существует скачок температуры, вызванный микронеровностями поверхностей, поэтому большей точностью обладает замер температуры термопарой, размещенной внутри твердого тела, а не на его поверхности.The disadvantage of this method and device is the low accuracy of measuring the specific thermal resistance of the measured object according to the results of temperature measurements using thermocouples placed at the boundaries of reference objects, since there is a temperature jump at the boundaries of solids caused by microroughnesses of surfaces, so temperature measurement is more accurate with a thermocouple placed inside a solid, and not on its surface.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока источником тепловыделения; пропускании одной части теплового потока через измеряемый объект, а другой части теплового потока через термостойкий материал; в измерении с помощью, по меньшей мере, пары дифференциальных термопар значения напряжения, возникающего из-за разности температур между двумя точками на термостойком материале; вычислении с помощью вычислительного устройства скорости, с которой выходное напряжение дифференциальных термопар изменяется во времени; и вычислении удельного теплового сопротивления измеряемого объекта с помощью уравнения (1):The closest technical solution is a method for measuring specific thermal resistance, which consists in the formation of a heat flux by a heat source; passing one part of the heat flux through the measured object, and the other part of the heat flux through the heat-resistant material; in measuring with at least a pair of differential thermocouples the voltage value due to the temperature difference between two points on a heat-resistant material; calculating, using a computing device, the speed at which the output voltage of the differential thermocouples changes in time; and calculating the specific thermal resistance of the measured object using equation (1):

Figure 00000001
Figure 00000001

где X - удельное тепловое сопротивление измеряемого объекта, Y - скорость изменения выходного напряжения дифференциальной термопары, а и b - константы, полученные путем применения результата измерения с использованием двух или более видов материалов с известным удельным тепловым сопротивлением к формуле (1) [см. патент WO 2018100608 (А1), МПК: G01N 25/18, опубл. 07.06.2018, «Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device», авторы: Hasegawa Toshikazu и др.].wherein X - thermal resistance of the measuring object, Y - rate of change of the output voltage of the differential thermocouple, a and b - constants obtained by applying the measurement result by using two or more kinds of material with a known thermal resistance to the formula (1) [see. Patent WO 2018100608 (A1), IPC: G01N 25/18, publ. 06/07/2018, “Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device”, authors: Hasegawa Toshikazu et al.].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство, содержащее источник тепловыделения, расположенный так, чтобы он контактировал с измеряемым объектом; термостойкий материал, расположенный таким образом, чтобы он контактировал с источником тепловыделения; по меньшей мере, пару дифференциальных термопар для измерения значения напряжения, возникающего из-за разности температур между двумя точками на термостойком материале, причем, эта разница генерируется потоком тепла от источника тепловыделения; вычислительное устройство для вычисления скорости, с которой выходное напряжение дифференциальных термопар изменяется во времени, и для вычисления удельного теплового сопротивления объекта, подлежащего измерению [см. патент WO 2018100608 (А1), МПК: G01N 25/18, опубл. 07.06.2018, «Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device», авторы: Hasegawa Toshikazu и др.].The closest in technical essence to the claimed device is a device containing a heat source located so that it is in contact with the measured object; heat-resistant material located so that it is in contact with a heat source; at least a pair of differential thermocouples for measuring the voltage value due to a temperature difference between two points on a heat-resistant material, moreover, this difference is generated by the heat flux from the heat source; a computing device for calculating the speed at which the output voltage of differential thermocouples changes in time, and for calculating the specific thermal resistance of the object to be measured [see Patent WO 2018100608 (A1), IPC: G01N 25/18, publ. 06/07/2018, “Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device”, authors: Hasegawa Toshikazu et al.].

Недостаток данного способа и устройства заключается в низкой точности измерения удельного теплового сопротивления измеряемого объекта, так как предполагается постоянство констант а и b в формуле (1) для различных видов материалов с известным удельным тепловым сопротивлением и для измеряемого объекта, например, вакуумного теплоизоляционного изделия, которое может обладать существенной неоднородностью и анизотропией теплофизических свойств и другим значением теплоемкости. Кроме того, данный способ не предусматривает установления регулярного теплового режима, что также снижает точность метода.The disadvantage of this method and device is the low accuracy of measuring the specific thermal resistance of the measured object, since it is assumed that the constants a and b are constant in formula (1) for various types of materials with known specific thermal resistance and for the measured object, for example, a vacuum thermal insulation product, which may have significant heterogeneity and anisotropy of thermophysical properties and a different heat capacity. In addition, this method does not provide for the establishment of a regular thermal regime, which also reduces the accuracy of the method.

Техническим результатом предлагаемого способа измерения удельного теплового сопротивления и устройства для его осуществления является повышение точности измерения удельного теплового сопротивления измеряемого объекта при испытаниях исследуемого объекта с большой внутренней неоднородностью и анизотропией теплофизических свойств, например, вакуумного теплоизоляционного изделия.The technical result of the proposed method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation is to increase the accuracy of measuring specific thermal resistance of the measured object when testing the investigated object with great internal heterogeneity and anisotropy of thermal properties, for example, a vacuum thermal insulation product.

Технический результат в соответствии с п. 1 формулы изобретения достигается тем, что в известном способе, заключающимся в формировании теплового потока источником тепловыделения; пропускании первой части теплового потока через измеряемый объект, а второй части теплового потока через термостойкий материал, согласно изобретению, первую часть теплового потока пропускают сначала через первый эталонный объект с высокой теплопроводностью, а затем через исследуемый объект; измеряют зависимость температуры первого эталонного объекта от времени; пропускают вторую часть теплового потока сначала через второй эталонный объект с высокой теплопроводностью, а затем через термостойкий материал; измеряют зависимость температуры второго эталонного объекта от времени; определяют температуру окружающей среды и интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину при семи различных уровнях начальных температур первого и второго эталонных объектов; подставляют величины разностей интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, и величину температуры окружающей среды в уравнения, имеющие обобщенный вид:The technical result in accordance with paragraph 1 of the claims is achieved by the fact that in the known method, which consists in forming a heat flow by a heat source; passing the first part of the heat flux through the measured object, and the second part of the heat flux through the heat-resistant material, according to the invention, the first part of the heat flux is passed first through the first reference object with high thermal conductivity, and then through the studied object; measure the temperature dependence of the first reference object from time to time; pass the second part of the heat flux first through a second reference object with high thermal conductivity, and then through a heat-resistant material; measure the temperature dependence of the second reference object from time to time; determine the ambient temperature and time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined value at seven different levels of the initial temperatures of the first and second reference objects; substitute the values of the differences of time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined value, and the value of the ambient temperature in the equations having a generalized form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
,
Figure 00000004
- интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на ΔT градусов при i-м уровне начальной температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта;Where
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by ΔT degrees at the i-th level of the initial temperature of the first reference object and the second reference object;

i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;

Figure 00000005
Figure 00000005

B1=χ⋅W;B 1 = χ⋅W;

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

B2=(1-χ)⋅W;B 2 = (1-χ) ⋅ W;

Figure 00000008
Figure 00000008

Ms1, Ms2, Ms3, Mu - масса первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;M s1 , M s2 , M s3 , M u - mass of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

cs1, cs2, cs3, cu - удельная теплоемкость первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;c s1 , c s2 , c s3 , c u - specific heat of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

Rs1, Rs2, Rs3, Ru - удельные тепловые сопротивления первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;R s1 , R s2 , R s3 , R u - specific thermal resistance of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

W - тепловая мощность источника тепловыделения;W is the heat power of the heat source;

Th - температура окружающей среды;T h is the ambient temperature;

Fts1, Fts2, Fts3, Fu - площадь торцевой поверхности первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;F ts1 , F ts2 , F ts3 , F u - the area of the end surface of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

F - площадь поверхности контакта всех объектов между собой;F is the surface area of the contact of all objects with each other;

Figure 00000009
,
Figure 00000010
- температура начала замера времени при i-м уровне начальной температуры соответственно первого эталонного объекта и второго эталонного объекта;
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- temperature of the beginning of time measurement at the i-th level of the initial temperature, respectively, of the first reference object and the second reference object;

ΔT - заданный интервал температуры;ΔT is the specified temperature range;

αh1, αh2 - коэффициенты теплоотдачи окружающей среды вблизи поверхностей измеряемого объекта и термостойкого материала, α1, α2 - коэффициенты пропорциональности среднемассовой температуры объекта измерения и термостойкого материала температурам на границах этих объектов, χ - отношение теплового потока через границу первого эталонного объекта с источником тепловыделения к суммарному тепловому потоку через границы первого и второго эталонных объектов с источником тепловыделения; а затем решают систему из семи уравнений с помощью вычислительного устройства относительно семи неизвестных величин αh1, αh2, α1, α2, χ, W и Ru, последняя из которых представляет собой искомую величину - удельное тепловое сопротивление исследуемого объекта.α h1 , α h2 are the heat transfer coefficients of the environment near the surfaces of the measured object and heat-resistant material, α 1 , α 2 are the proportionality coefficients of the mass-average temperature of the measurement object and heat-resistant material to the temperatures at the boundaries of these objects, χ is the ratio of the heat flux through the boundary of the first reference object with a heat source to the total heat flux through the boundaries of the first and second reference objects with a heat source; and then they solve a system of seven equations using a computing device with respect to seven unknown quantities α h1 , α h2 , α 1 , α 2 , χ, W, and R u , the last of which is the desired value - the specific thermal resistance of the studied object.

Такой вариант реализации заявленного способа позволяет повысить точность измерения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта с большой внутренней неоднородностью за счет того, что измеряют с течением времени среднемассовую температуру первого и второго эталонных объектов с большой величиной теплопроводности, размещенных по обе стороны источника тепловыделения между ним и с одной стороны измеряемым объектом, а с другой стороны термостойким материалом; определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину; решают с помощью вычислительного устройства систему из семи уравнений при подстановке в них результатов семи измерений интервалов времени. Указанные отличия предложенного изобретения позволяют исключить использование других материалов с известным удельным тепловым сопротивлением для нахождения неизвестных констант в решаемых уравнениях при расчетном определении теплового сопротивления исследуемого объекта, что повышает точность его нахождения.This embodiment of the inventive method allows to increase the accuracy of measuring the specific thermal resistance of the investigated object with a large internal heterogeneity due to the fact that over time measure the average mass temperature of the first and second reference objects with a large amount of heat conductivity located on both sides of the heat source between it and with one sides with the measured object, and on the other hand with heat-resistant material; determine time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined amount; using a computing device, they solve a system of seven equations by substituting the results of seven measurements of time intervals in them. The indicated differences of the proposed invention make it possible to exclude the use of other materials with a known specific thermal resistance for finding unknown constants in the equations to be solved when calculating the thermal resistance of the object under study, which increases its accuracy.

Технический результат в соответствии с п. 2 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известное устройство, содержащее источник тепловыделения, вырабатывающий тепловой поток, термостойкий материал, вычислительное устройство и исследуемый объект, дополнительно введены три измерителя температуры, электронный блок обработки, первый и второй эталонные объекты, которые размещены с двух противоположных сторон от источника тепловыделения и выполнены из материала с большой величиной теплопроводности, исследуемый объект расположен прилегающим к первому эталонному объекту, термостойкий материал расположен прилегающим к второму эталонному объекту, первый измеритель температуры размещен внутри первого эталонного объекта в середине его толщины, второй измеритель температуры размещен внутри второго эталонного объекта в середине его толщины, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде, выходы первого, второго и третьего измерителей температуры соединены с входами электронного блока обработки, выход электронного блока обработки соединен с входом вычислительного устройства.The technical result in accordance with paragraph 2 of the claims is ensured by the fact that three temperature meters, an electronic processing unit, the first and second reference objects are additionally introduced into the known device containing a heat source, generating a heat flow, heat-resistant material, a computing device and an object under study located on two opposite sides of the heat source and made of a material with a large amount of heat conductivity, the studied object is located adjacent to the first reference object, heat-resistant material is located adjacent to the second reference object, the first temperature meter is placed inside the first reference object in the middle of its thickness, the second temperature meter is located inside the second reference object in the middle of its thickness, the third temperature meter is placed in the environment, the outputs of the first, second and third temperature meters are connected to the inputs of the electronic unit processing, the output of the electronic processing unit is connected to the input of the computing device.

Такой вариант выполнения заявленного устройства для измерения удельного теплового сопротивления позволяет повысить точность измерения за счет измерения температуры не на границах твердых тел, а внутри двух эталонных объектов и за счет расчета удельного теплового сопротивления с помощью вычислительного устройства путем решения системы из семи уравнений при подстановке в них результатов семи измерений интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину. Возможность определения удельного теплового сопротивления расчетным путем обеспечивается исполнением первого и второго эталонных объектов из материала с известным коэффициентом теплопроводности большой величины, а термостойкого материала с известным коэффициентом теплопроводности малой величины. Известные геометрические размеры всех объектов и теплофизические свойства первого и второго эталонных объектов и термостойкого материала позволяют выразить зависимость разности интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, от удельного теплового сопротивления исследуемого объекта в виде уравнения.This embodiment of the claimed device for measuring specific thermal resistance allows to increase the accuracy of measurement by measuring temperature not at the boundaries of solids, but inside two reference objects and by calculating specific thermal resistance using a computing device by solving a system of seven equations when substituting into them the results of seven measurements of time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined value. The ability to determine specific thermal resistance by calculation is provided by the execution of the first and second reference objects from a material with a known coefficient of thermal conductivity of a large value, and a heat-resistant material with a known coefficient of thermal conductivity of a small value. The known geometric dimensions of all objects and the thermophysical properties of the first and second reference objects and heat-resistant material make it possible to express the dependence of the difference in the time intervals during which the temperature of the first and second reference objects increases by a predetermined value from the specific thermal resistance of the studied object in the form of an equation.

То, что поставленная задача изобретения действительно решается в заявленных способе и устройстве, можно проиллюстрировать следующим образом.The fact that the task of the invention is really solved in the claimed method and device can be illustrated as follows.

В качестве источника тепловой энергии в заявленных способе и устройстве используется плоский преобразователь электрической энергии в тепловую энергию. При этом в прилегающие к нему с двух сторон первый и второй эталонные объекты с поверхностями контакта, одинаковыми с поверхностями контакта источника тепловыделения, поступают удельные тепловые потоки, соответственно q1 и q2. Так как первый и второй измерители температуры размещены в серединах толщины первого и второго эталонных объектов, а коэффициенты теплопроводности этих объектов велики, то измеряемые температуры в геометрических центрах этих объектов можно принять за среднемассовые. В этом случае для первого и второго эталонных объектов через некоторое время (около 2 минут) наступает регулярный тепловой режим первого рода, для которого уравнение теплового баланса принимает вид обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка:As a source of thermal energy in the claimed method and device uses a flat converter of electrical energy into thermal energy. In this case, the first and second reference objects adjacent to it on both sides with contact surfaces identical to the contact surfaces of the heat source receive specific heat fluxes, respectively, q 1 and q 2 . Since the first and second temperature meters are located in the midpoints of the thickness of the first and second reference objects, and the thermal conductivity of these objects is large, the measured temperatures in the geometric centers of these objects can be taken as the mass average. In this case, for the first and second reference objects, after some time (about 2 minutes), a regular thermal regime of the first kind occurs, for which the heat balance equation takes the form of an ordinary differential equation of the first order:

- для первого эталонного объекта:- for the first reference object:

Figure 00000011
Figure 00000011

- для второго эталонного объекта:- for the second reference object:

Figure 00000012
Figure 00000012

Уравнения теплового баланса дополняются выражениями для удельных тепловых потоков от источника тепловыделения:The heat balance equations are supplemented by the expressions for the specific heat flux from the heat source:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

граничными условиями:boundary conditions:

- для границы между первым эталонным объектом и измеряемым объектом:- for the boundary between the first reference object and the measured object:

Figure 00000015
Figure 00000015

- для границы между измеряемым объектом и окружающей средой:- for the boundary between the measured object and the environment:

Figure 00000016
Figure 00000016

- для границы между вторым эталонным объектом и термостойким материалом:- for the boundary between the second reference object and heat-resistant material:

Figure 00000017
Figure 00000017

- для границы между термостойким материалом и окружающей средой:- for the boundary between the heat-resistant material and the environment:

Figure 00000018
Figure 00000018

выражениями для среднемассовых температур, определяемых по температурам на границах объектов:expressions for mass-average temperatures, determined by the temperatures at the boundaries of the objects:

- для измеряемого объекта:- for the measured object:

Figure 00000019
Figure 00000019

- для термостойкого материала:- for heat-resistant material:

Figure 00000020
Figure 00000020

выражениями для тепловых сопротивлений: - для первого эталонных объекта:expressions for thermal resistances: - for the first reference object:

Figure 00000021
Figure 00000021

- для второго эталонного объекта:- for the second reference object:

Figure 00000022
Figure 00000022

- для термостойкого материала:- for heat-resistant material:

Figure 00000023
Figure 00000023

- для окружающей среды со стороны измеряемого объекта:- for the environment from the side of the measured object:

Figure 00000024
Figure 00000024

- для окружающей среды со стороны термостойкого материала:- for the environment from the side of heat-resistant material:

Figure 00000025
Figure 00000025

Дифференциальные уравнения тепловых балансов (2) и (3) могут быть разрешены относительно промежутков времени, за которые температуры первого и второго эталонных объектов повышаются на заданную величину при использовании выражений (4)-(16):The differential equations of thermal balances (2) and (3) can be resolved with respect to time intervals during which the temperatures of the first and second reference objects increase by a given value using expressions (4) - (16):

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

гдеWhere

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
Figure 00000032

Figure 00000033
Figure 00000033

Известными величинами в полученных выражениях являются:Known values in the resulting expressions are:

Ms1, Ms2, Ms3, Mu - масса первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;M s1 , M s2 , M s3 , M u - mass of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

cs1, cs2, cs3, cu - удельная теплоемкость первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;c s1 , c s2 , c s3 , c u - specific heat of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

δs1, δs2, δs3, δu - толщина первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;δ s1 , δ s2 , δ s3 , δ u - the thickness of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

λs1, λs2, λs3, - коэффициент теплопроводности первого и второго эталонных объектов и термостойкого материала;λ s1 , λ s2 , λ s3 , - thermal conductivity of the first and second reference objects and heat-resistant material;

Th - температура окружающей среды;T h is the ambient temperature;

Fts1, Fts2, Fts3, Fu - площадь торцевой поверхности первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;F ts1 , F ts2 , F ts3 , F u - the area of the end surface of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object;

F - площадь поверхности контакта всех объектов между собой.F is the surface area of the contact of all objects with each other.

Задаваемыми величинами являются:The set values are:

Ts1 нач, Ts2 нач - температура первого и второго эталонных объектов в начале замера времени;T s1 beg , T s2 beg - temperature of the first and second reference objects at the beginning of time measurement;

Ts1 кон, Ts1 кон - температура первого и второго эталонных объектов в конце замера времени.T s1 con , T s1 con - temperature of the first and second reference objects at the end of time measurement.

Неизвестными величинами являются:Unknown quantities are:

Ru, - удельное тепловое сопротивление измеряемого объекта;R u , is the specific thermal resistance of the measured object;

αh1, αh2 - коэффициенты теплоотдачи окружающей среды вблизи поверхностей измеряемого объекта и термостойкого материала;α h1 , α h2 - heat transfer coefficients of the environment near the surfaces of the measured object and heat-resistant material;

α1, α2 - коэффициенты пропорциональности среднемассовой температуры измеряемого объекта и термостойкого материала температурам на границах этих объектов;α 1 , α 2 are the proportionality coefficients of the mass-average temperature of the measured object and heat-resistant material to the temperatures at the boundaries of these objects;

χ - отношение теплового потока через границу первого эталонного объекта с источником тепловыделения к суммарному тепловому потоку через границы первого и второго эталонных объектов с источником тепловыделения;χ is the ratio of the heat flux through the boundary of the first reference object with the heat source to the total heat flux through the boundaries of the first and second reference objects with the heat source;

W - тепловая мощность источника тепловыделения.W is the heat power of the heat source.

Для определения неизвестных величин необходимо составить семь уравнений с использованием семи различных результатов измерений. Уравнения можно получить, если для объекта измерения провести измерения величин Δτs1 и Δτs2 при задании семи уровней температур начала отсчета времени. На i-м уровне температуры начала отсчета времени, например, Ts1 начi= Ts1 начi=Th+i⋅ΔТ0 задается температура окончания отсчета времени, например, Ts1 конi= Ts1 конi =Th+i⋅ΔT0+ΔT, проводятся измерения промежутков времени Δτs1 i и Δτs2 i, которые подставляются в левую часть формируемого уравнения, данный процесс выполняется для i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, в результате составляется система из семи уравнений вида:To determine unknown quantities, seven equations must be compiled using seven different measurement results. Equations can be obtained if measurements of Δτ s1 and Δτ s2 are carried out for the measurement object when seven temperature levels are set for the reference time. At the ith level of the temperature of the time reference, for example, T s1 start = T s1 start = T h + i⋅ΔT 0, the temperature of the end of the time reference, for example, T s1 coni = T s1 coni = T h + i⋅ΔT 0 + ΔT, measurements are made of the time intervals Δτ s1 i and Δτ s2 i , which are substituted in the left part of the generated equation, this process is performed for i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, as a result, a system of seven equations type:

Figure 00000034
Figure 00000034

в которых семь неизвестных: αh1, αh2, α1, α2, χ, W и величина удельного теплового сопротивления объекта измерений Ru. Величина ΔТ0 принимается такой, чтобы в экспериментах обеспечивалось различие в левых частях всех уравнений (25), например, ΔТ0=2 градуса Цельсия. Величина ΔT принимается такой, чтобы в экспериментах обеспечивалась достаточная относительная погрешность определения интервалов времени Δτs2 и Δτs1. Для абсолютной погрешности измерения времени в 1 секунду разность величин Δτs2 и Δτs1 в 20 секунд, обеспечивающая относительную погрешность измерения времени 5%, достигается при величине ΔT равной 10-15 градусов Цельсия.in which there are seven unknowns: α h1 , α h2 , α 1 , α 2 , χ, W and the specific thermal resistance of the measurement object R u . The value ΔТ 0 is taken so that in the experiments a difference is achieved in the left-hand sides of all equations (25), for example, ΔТ 0 = 2 degrees Celsius. The value ΔT is taken so that in the experiments a sufficient relative error in determining the time intervals Δτ s2 and Δτ s1 is provided. For an absolute time measurement error of 1 second, a difference of Δτ s2 and Δτ s1 of 20 seconds, providing a relative time measurement error of 5%, is achieved with a ΔT value of 10-15 degrees Celsius.

Итак, задача изобретения действительно решается в заявленных способе измерения удельного теплового сопротивления и устройстве для его осуществления.So, the objective of the invention is really solved in the claimed method of measuring specific thermal resistance and a device for its implementation.

На чертеже представлен вид конструктивного исполнения предложенного изобретения с местным разрезом.The drawing shows a view of the structural embodiment of the proposed invention with a local cut.

Позиции на чертеже - источник тепловыделения; 2 - первый эталонный объект; 3 - первый измеритель температуры; 4 - второй эталонный объект; 5 - второй измеритель температуры; 6 - исследуемый объект; 7 - термостойкий материал; 8 - третий измеритель температуры; 9 - электронный блок обработки измерений; 10 - вычислительное устройство.The positions in the drawing are a source of heat; 2 - the first reference object; 3 - the first temperature meter; 4 - the second reference object; 5 - second temperature meter; 6 - the investigated object; 7 - heat-resistant material; 8 - the third temperature meter; 9 - electronic unit for processing measurements; 10 is a computing device.

Способ по п. 1 формулы изобретения осуществляется следующим образом. Источник тепловыделения 1 получает от внешнего источника электрической энергии электрическую мощность, которая преобразуется с потерями в окружающую среду в тепловой поток мощностью W и разделяется на два потока, один из которых мощностью χ⋅W входит в первый эталонный объект 2 по поверхности площадью F, температуру которого измеряют с помощью измерителя температуры 3, расположенного в середине его толщины. Первый тепловой поток частично расходуется на нагрев первого эталонного объекта 2, частично выходит в окружающую среду через его торцевую поверхность и частично входит в исследуемый объект 6 по поверхности площадью F. Второй тепловой поток мощностью (1-χ)⋅W входит во второй эталонный объект 4 по поверхности площадью F, температуру которого измеряют с помощью измерителя температуры 5, расположенного в середине его толщины. Второй тепловой поток частично расходуется на нагрев второго эталонного объекта 4, частично выходит в окружающую среду через его торцевую поверхность и частично входит в термостойкий материал 7 по поверхности площадью F. Так как площади всех теплопередающих поверхностей на границах соприкасания первого эталонного объекта 2 с исследуемым объектом 6 и второго эталонного объекта 4 с термостойким материалом 7 одинаковы, а площади торцевых поверхностей первого 2 и второго 4 эталонных объектов значительно меньше площади F, скорости изменения температур, измеряемых измерителями температур 3 и 5, будут различны при различии удельных тепловых сопротивлений исследуемого объекта 6 и термостойкого материала 7. Температура первого эталонного объекта 2 будет возрастать тем быстрее, чем больше тепловое сопротивление исследуемого объекта 6.The method according to claim 1 of the claims is as follows. The heat source 1 receives electric power from an external source of electric energy, which is converted into the environment with losses into a heat stream with a power W and is divided into two streams, one of which with a power χ⋅W enters the first reference object 2 along a surface of area F, whose temperature measured using a temperature meter 3 located in the middle of its thickness. The first heat flux is partially spent on heating the first reference object 2, partly enters the environment through its end surface and partially enters the test object 6 along a surface of area F. The second heat flux with a power of (1-χ) ⋅ W is included in the second reference object 4 on a surface of area F, the temperature of which is measured using a temperature meter 5 located in the middle of its thickness. The second heat flux is partially consumed for heating the second reference object 4, partly enters the environment through its end surface and partially enters the heat-resistant material 7 over a surface of area F. Since the areas of all heat-transferring surfaces are at the borders of contact of the first reference object 2 with the studied object 6 and the second reference object 4 with the heat-resistant material 7 are the same, and the area of the end surfaces of the first 2 and second 4 reference objects is much smaller than the area F, the rates of temperature change measured by temperature meters 3 and 5 will be different when the specific thermal resistances of the studied object 6 and the heat-resistant 7. The temperature of the first reference object 2 will increase the faster, the greater the thermal resistance of the investigated object 6.

Через некоторое время, например, через 1-2 минуты после формирования теплового потока источником тепловыделения 1 наступает регулярный тепловой режим, характеризующийся тем, что вид распределения температуры по толщине первого 2 и второго 4 эталонных объектов остается подобным с течением времени [Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., 2016. Часть 1. - 98 с: ил. 58.]. Тепловой баланс первого эталонного объекта 2 описывается дифференциальным уравнением (2). Тепловой второго эталонного объекта 4 описывается дифференциальным уравнением (3). Первый эталонный объект 2 и второй эталонный объект 4 выполнены из материалов с высоким значением коэффициента теплопроводности, например, из алюминиевого сплава, что гарантирует выравнивание температуры по длине и ширене первого 2 и второго 4 эталонных объектов. Так как рабочие органы первого измерителя температуры 3 и второго измерителя температуры 5 располагаются в серединах толщины соответственно первого 2 и второго 4 эталонных объектов, то измеренные значения температуры с помощью первого измерителя температуры 3 и второго измерителя температуры 5 отражают среднемассовые значения температуры первого 2 и второго 4 эталонных объектов.After some time, for example, 1-2 minutes after the formation of the heat flux, the heat source 1 starts to have a regular heat regime, characterized in that the type of temperature distribution over the thickness of the first 2 and second 4 reference objects remains similar over time [V. Suslov Heat and mass transfer: textbook. allowance / SPbGUPTD VSH TEE. SPb., 2016. Part 1. - 98 s: ill. 58.]. The heat balance of the first reference object 2 is described by differential equation (2). The thermal of the second reference object 4 is described by differential equation (3). The first reference object 2 and the second reference object 4 are made of materials with a high coefficient of thermal conductivity, for example, from an aluminum alloy, which ensures equalization of temperature along the length and width of the first 2 and second 4 reference objects. Since the working bodies of the first temperature meter 3 and the second temperature meter 5 are located in the middle of the thickness of the first 2 and second 4 reference objects, respectively, the measured temperature values using the first temperature meter 3 and the second temperature meter 5 reflect the average weight temperature of the first 2 and second 4 reference objects.

С помощью измерителя температуры 8 замеряют температуру окружаюей среды. С помощью электронного блока 9 электрические сигналы с измерителей температуры 3, 5 и 8 преобразуются в цифровой формат и передаются на вычислительное устройство 10, например, компьютер.Using a temperature meter 8 measure the temperature of the environment. Using the electronic unit 9, the electrical signals from temperature meters 3, 5 and 8 are converted to digital format and transmitted to computing device 10, for example, a computer.

Разности значений температуры, полученных с помощью измерителей температуры 3 и 8, а также 5 и 8, фиксируются на текущие моменты времени. Значения данных разностей представляют собой разности между среднемассовыми температурами первого 2 и второго 4 эталонных объектов и температурой окружающей среды. Данные разности вместе с соответствующими им показаниями времени фиксируются в вычислительном устройстве 10. Когда разность между среднемассовой температурой первого эталонного объекта 2 и температурой окружающей среды станет равной величине ΔT0, фиксируется начало отсчета времени, а когда разность между среднемассовой температурой первого эталонного объекта 2 и температурой окружающей среды станет равной величине ΔТ0 плюс ΔТ, фиксируется окончание отсчета времени. Интервал времени, за который температура первого эталонного объекта 2 повышается на⋅ΔT, рассчитывается с помощью вычислительного устройства 10 как разность между временем окончания отсчета и временем начала отсчета - Δτi s1 и сохраняется в вычислительном устройстве 10 для порядкового номера эксперимента i равного 1. Когда разность между среднемассовой температурой второго эталонного объекта 4 и температурой окружающей среды станет равной величине⋅ΔT0, фиксируется начало отсчета времени, а когда разность между среднемассовой температурой второго эталонного объекта 4 и температурой окружающей среды станет равной величине ΔT0 плюс ΔT, фиксируется окончание отсчета времени. Интервал времени, за который температура первого эталонного объекта 2 повышается на⋅ΔT, рассчитывается с помощью вычислительного устройства 10 как разность между временем окончания отсчета и временем начала отсчета - Δτi s2 и сохраняется в вычислительном устройстве 10 для порядкового номера эксперимента i равного 1. Аналогично производятся эксперименты с порядковыми номерами i равными 2, 3, 4, 5, 6, 7 при которых начала отсчета времени фиксируются, когда разности между среднемассовыми температурами первого 2 и второго 4 эталонных объектов и температурой окружающей среды равны произведению i и ΔT0, а окончания отсчета времени фиксируются, когда разности между среднемассовыми температурами первого 2 и второго 4 эталонных объектов и температурой окружающей среды возрастают на ΔT.Differences in temperature values obtained using temperature meters 3 and 8, as well as 5 and 8, are recorded at current time points. The values of these differences are the differences between the mass-average temperatures of the first 2 and second 4 reference objects and the ambient temperature. The difference data together with the corresponding time readings are recorded in the computing device 10. When the difference between the mass-average temperature of the first reference object 2 and the ambient temperature becomes equal to ΔT 0 , the time reference is recorded, and when the difference between the mass-average temperature of the first reference object 2 and the temperature environment will become equal to the value ΔТ 0 plus ΔТ, the end of the countdown is fixed. The time interval for which the temperature of the first reference object 2 rises by ⋅ΔT is calculated using computing device 10 as the difference between the end time and the start time - Δτ i s1 and stored in computing device 10 for the sequence number of experiment i equal to 1. When the difference between the mass-average temperature of the second reference object 4 and the ambient temperature becomes equal to ⋅ΔT 0 , the beginning of the countdown is fixed, and when the difference between the mass-average temperature of the second reference object 4 and the ambient temperature becomes equal to ΔT 0 plus ΔT, the end of the time . The time interval for which the temperature of the first reference object 2 rises by ⋅ΔT is calculated using computing device 10 as the difference between the end time and the start time - Δτ i s2 and stored in computing device 10 for the sequence number of experiment i equal to 1. Similarly experiments are carried out with serial numbers i equal to 2, 3, 4, 5, 6, 7, at which the time starts when the differences between the mass average temperatures of the first 2 and second 4 reference objects and the ambient temperature are equal to the product i and ΔT 0 , and the endings time counts are fixed when the differences between the mass-average temperatures of the first 2 and second 4 reference objects and the ambient temperature increase by ΔT.

Удельное тепловое сопротивление исследуемого объекта 6 определяется по разности интервалов времени нагрева (Δτi s2 - Δτi s1) второго эталонного объекта 4 и первого эталонного объекта 2 на заданную величину ΔT из решения относительно семи неизвестных - αh1, αh2, α1, α2, χ, η и Ru системы из семи уравнений вида (25), составленных по результатам семи экспериментов над исследуемым объектом 6. Система из семи уравнений вида (25) решается на персональном компьютере 10 относительно семи неизвестных - αh1, αh2, α1, α2, χ, η и Ru, последнее из которых является искомой величиной - удельным тепловым сопротивления исследуемого объекта 6.The specific thermal resistance of the studied object 6 is determined by the difference of the heating time intervals (Δτ i s2 - Δτ i s1 ) of the second reference object 4 and the first reference object 2 by a given value ΔT from the solution for seven unknowns - α h1 , α h2 , α 1 , α 2 , χ, η, and R u of a system of seven equations of the form (25) compiled from seven experiments on the studied object 6. A system of seven equations of the form (25) is solved on a personal computer 10 with respect to seven unknowns - α h1 , α h2 , α 1 , α 2 , χ, η and R u , the last of which is the desired value - the specific thermal resistance of the investigated object 6.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом.The proposed device is illustrated in the drawing.

Устройство для измерения удельного теплового сопротивления содержит источник тепловыделения 1, выполненный в виде плоской пластины и вырабатывающий тепловой поток, первый эталонный объект 2 с размещенным посередине его толщины первым измерителем температуры 3, второй эталонный объект 4, с размещенным посередине его толщины вторым измерителем температуры 5, исследуемый объект 6, термостойкий материал 7, третий измеритель температуры 8, электронный блок обработки измерений 9, вычислительное устройство 10. Поверхности контакта источника тепловыделения 1, первого 2 и второго 3 эталонных объектов, исследуемого объекта 6 и термостойкого материала 7 равны между собой.A device for measuring specific thermal resistance comprises a heat source 1 made in the form of a flat plate and generating a heat flux, a first reference object 2 with a first temperature meter 3 located in the middle of its thickness, a second reference object 4, with a second temperature meter 5 located in the middle of its thickness, test object 6, heat-resistant material 7, third temperature meter 8, electronic measurement processing unit 9, computing device 10. Contact surfaces of the heat source 1, first 2 and second 3 reference objects, the test object 6 and heat-resistant material 7 are equal to each other.

Устройство по п. 2 формулы изобретения работает следующим образом. Источник тепловой энергии 1 имеет на входе электрическую мощность, которая преобразуется в тепловую мощность и разделяется на два потока, один из которых проходит через первый эталонный объект 2, затем через исследуемый объект 6 и выходит в окружающую среду, а второй тепловой поток проходит через второй эталонный объект 4, затем через термостокий материал 7 и выходит в окружающую среду. Первый тепловой поток частично расходуется на нагрев первого эталонного объекта 2 и исследуемого объекта 6. Второй тепловой поток частично расходуется на нагрев второго эталонного объекта 4 и термостойкого материала 7. Сигналы от измерителей температуры 3, 5, 8 обрабатываются электронным блоком 9 и регистрируются в вычислительном устройстве 10 в виде численных значений переменных на фиксируемый момент времени. Повышение точности измерения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта в предложенном способе и реализующем его устройстве обеспечивается тем, что измеряемые величины -разности интервалов времени, за которые температура эталонных объектов повышается на заданную величину, определяются с абсолютной погрешностью плюс-минус 0,1 сек., а измерения проводятся после достижения регулярного теплового режима.The device according to claim 2 of the claims works as follows. The heat source 1 has an electric power at the input, which is converted into heat power and is divided into two streams, one of which passes through the first reference object 2, then through the studied object 6 and enters the environment, and the second heat stream passes through the second reference object 4, then through thermostatic material 7 and enters the environment. The first heat flow is partially spent on heating the first reference object 2 and the test object 6. The second heat flow is partially consumed on heating the second reference object 4 and heat-resistant material 7. The signals from temperature meters 3, 5, 8 are processed by the electronic unit 9 and recorded in the computing device 10 in the form of numerical values of variables at a fixed moment in time. Improving the accuracy of measuring the specific thermal resistance of the studied object in the proposed method and the device that implements it is ensured by the fact that the measured values, the differences of the time intervals for which the temperature of the reference objects rises by a given value, are determined with an absolute error of plus or minus 0.1 sec., And measurements are taken after regular thermal conditions are reached.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить измерения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта с относительной погрешностью не более 5%.The present invention allows to measure the specific thermal resistance of the investigated object with a relative error of not more than 5%.

Claims (21)

1. Способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока источником тепловыделения; пропускании первой части теплового потока через измеряемый объект, а второй части теплового потока через термостойкий материал, отличающийся тем, что первую часть теплового потока пропускают сначала через первый эталонный объект с высокой теплопроводностью, а затем через исследуемый объект; измеряют зависимость температуры первого эталонного объекта от времени; пропускают вторую часть теплового потока сначала через второй эталонный объект с высокой теплопроводностью, а затем через термостойкий материал; измеряют зависимость температуры второго эталонного объекта от времени; определяют температуру окружающей среды и интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину при семи различных уровнях начальных температур первого и второго эталонных объектов; подставляют значения разностей интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, и величину температуры окружающей среды в уравнения, имеющие обобщенный вид:1. The method of measuring specific thermal resistance, which consists in the formation of a heat flux by a heat source; passing the first part of the heat flux through the measured object, and the second part of the heat flux through a heat-resistant material, characterized in that the first part of the heat flux is passed first through the first reference object with high thermal conductivity, and then through the studied object; measure the temperature dependence of the first reference object from time to time; pass the second part of the heat flux first through a second reference object with high thermal conductivity, and then through a heat-resistant material; measure the temperature dependence of the second reference object from time to time; determine the ambient temperature and time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined value at seven different levels of the initial temperatures of the first and second reference objects; substitute the values of the differences of time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a predetermined value, and the value of the ambient temperature in the equations having a generalized form:
Figure 00000035
Figure 00000035
 где Δτs1 i, Δτs2 i - интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на ΔT градусов при i-м уровне начальной температуры первого эталонного объекта и второго эталонного объекта;where Δ τs1 i , Δ τs2 i are time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by ΔT degrees at the i-th level of the initial temperature of the first reference object and the second reference object; i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;
Figure 00000036
Figure 00000036
 B1=χ⋅W;B 1 = χ⋅W;
Figure 00000037
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000038
 B2=(1-χ)⋅W;B 2 = (1-χ) ⋅ W;
Figure 00000039
Figure 00000039
 Ms1, Ms2, Ms3, Mu - масса первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;M s1 , M s2 , M s3 , M u - mass of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object; cs1, cs2, cs3, cu - удельная теплоемкость первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;c s1 , c s2 , c s3 , c u - specific heat of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object; Rs1, Rs2, Rs3, Ru - удельные тепловые сопротивления первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;R s1 , R s2 , R s3 , R u - specific thermal resistance of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object; W - тепловая мощность источника тепловыделения;W is the heat power of the heat source; Th - температура окружающей среды;T h is the ambient temperature; Fts1, Fts2, Fts3, Fu - площадь торцевой поверхности первого и второго эталонных объектов, термостойкого материала и измеряемого объекта;F ts1 , F ts2 , F ts3 , F u - the area of the end surface of the first and second reference objects, heat-resistant material and the measured object; F - площадь поверхности контакта всех объектов между собой;F is the contact surface area of all objects with each other; Ts1 i, Ts2 i - температура начала замера времени при i-м уровне начальной температуры соответственно первого эталонного объекта и второго эталонного объекта;T s1 i , T s2 i - temperature of the beginning of time measurement at the i-th level of the initial temperature, respectively, of the first reference object and the second reference object; ΔT - заданный интервал температуры;ΔT is the specified temperature range; αh1, αh2 - коэффициенты теплоотдачи окружающей среды вблизи поверхностей измеряемого объекта и термостойкого материала, α1, α2 - коэффициенты пропорциональности среднемассовой температуры объекта измерения и термостойкого материала температурам на границах этих объектов, χ - отношение теплового потока через границу первого эталонного объекта с источником тепловыделения к суммарному тепловому потоку через границы первого и второго эталонных объектов с источником тепловыделения; а затем решают систему из семи уравнений с помощью вычислительного устройства относительно семи неизвестных величин αh1, αh2, α1, α2, χ, W и Ru, последняя из которых представляет собой искомую величину - удельное тепловое сопротивление исследуемого объекта.α h1 , α h2 are the heat transfer coefficients of the environment near the surfaces of the measured object and heat-resistant material, α 1 , α 2 are the proportionality coefficients of the mass-average temperature of the measurement object and heat-resistant material to the temperatures at the boundaries of these objects, χ is the ratio of the heat flux through the boundary of the first reference object with a heat source to the total heat flux through the boundaries of the first and second reference objects with a heat source; and then they solve a system of seven equations using a computing device with respect to seven unknown quantities α h1 , α h2 , α 1 , α 2 , χ, W, and R u , the last of which is the desired value - the specific thermal resistance of the studied object. 2. Устройство измерения удельного теплового сопротивления, содержащее источник тепловыделения, вырабатывающий тепловой поток, термостойкий материал, вычислительное устройство и исследуемый объект, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены три измерителя температуры, электронный блок обработки, первый и второй эталонные объекты, которые размещены с двух противоположных сторон от источника тепловыделения и выполнены из материала с большой величиной теплопроводности, исследуемый объект расположен прилегающим к первому эталонному объекту, термостойкий материал расположен прилегающим к второму эталонному объекту, первый измеритель температуры размещен внутри первого эталонного объекта в середине его толщины, второй измеритель температуры размещен внутри второго эталонного объекта в середине его толщины, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде, выходы первого, второго и третьего измерителей температуры соединены с входами электронного блока обработки, выход электронного блока обработки соединен с входом вычислительного устройства.2. A device for measuring specific thermal resistance, comprising a heat source, generating a heat flux, heat-resistant material, a computing device and an object under study, characterized in that the device additionally includes three temperature meters, an electronic processing unit, the first and second reference objects, which are placed with two opposite sides of the heat source and are made of a material with a large amount of heat conductivity, the studied object is located adjacent to the first reference object, heat-resistant material is located adjacent to the second reference object, the first temperature meter is placed inside the first reference object in the middle of its thickness, the second temperature meter is placed inside the second reference object in the middle of its thickness, the third temperature meter is placed in the environment, the outputs of the first, second and third temperature meters are connected to the inputs of the electronic processing unit, the output is the electronic processing unit is connected to the input of the computing device.
RU2019113985A 2019-05-06 2019-05-06 Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof RU2722088C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113985A RU2722088C1 (en) 2019-05-06 2019-05-06 Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113985A RU2722088C1 (en) 2019-05-06 2019-05-06 Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722088C1 true RU2722088C1 (en) 2020-05-26

Family

ID=70803177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113985A RU2722088C1 (en) 2019-05-06 2019-05-06 Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722088C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771997C1 (en) * 2021-12-15 2022-05-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный университет путей сообщения Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2018117C1 (en) * 1991-05-06 1994-08-15 Тамбовский институт химического машиностроения Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU2153664C1 (en) * 1999-03-04 2000-07-27 Попов Юрий Анатольевич Method and device for proximate determination of thermal conductivity of solid materials
RU2178166C2 (en) * 1999-11-29 2002-01-10 Тамбовский государственный технический университет Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials
RU2322662C2 (en) * 2006-05-06 2008-04-20 Елена Вячеславовна Абрамова Thermal diffusivity measurement method and device (variants)
RU2330270C2 (en) * 2006-05-31 2008-07-27 Елена Вячеславовна Абрамова Device and calculation method of thermal resistivity
WO2018100608A1 (en) * 2016-11-29 2018-06-07 英弘精機株式会社 Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2018117C1 (en) * 1991-05-06 1994-08-15 Тамбовский институт химического машиностроения Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU2153664C1 (en) * 1999-03-04 2000-07-27 Попов Юрий Анатольевич Method and device for proximate determination of thermal conductivity of solid materials
RU2178166C2 (en) * 1999-11-29 2002-01-10 Тамбовский государственный технический университет Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials
RU2322662C2 (en) * 2006-05-06 2008-04-20 Елена Вячеславовна Абрамова Thermal diffusivity measurement method and device (variants)
RU2330270C2 (en) * 2006-05-31 2008-07-27 Елена Вячеславовна Абрамова Device and calculation method of thermal resistivity
WO2018100608A1 (en) * 2016-11-29 2018-06-07 英弘精機株式会社 Thermal conductivity measurement device, thermal conductivity measurement method, and vacuum evaluation device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771997C1 (en) * 2021-12-15 2022-05-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный университет путей сообщения Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Simultaneous determination of thermal conductivity and thermal diffusivity of food and agricultural materials using a transient plane-source method
RU2387981C1 (en) Method for complex detection of thermal characteristics of materials
Zhang et al. A high-precision instrumentation of measuring thermal contact resistance using reversible heat flux
Assael et al. Measurement of the thermal conductivity of stainless steel AISI 304L up to 550 K
CN104034749B (en) Based on the method for testing of thermal contact resistance between the layer material of 3 ω methods
US4568198A (en) Method and apparatus for the determination of the heat transfer coefficient
CN100424502C (en) A test method for convective heat transfer coefficient and its convective heat transfer coefficient sensor
RU2722088C1 (en) Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof
CN105286812A (en) Body temperature measurement method and device
Auch et al. Simple experimental method to determine the specific heat capacity of cylindrical Lithium-Ion-Battery cells
Krille et al. Conduction and Inertia Correction for Transient Thermocouple Measurements. Part II: Experimental Validation and Application
Shojaeefard et al. Inverse heat transfer problem of thermal contact conductance estimation in periodically contacting surfaces
Gustavsson et al. Thermal effusivity measurements of insulating liquids using microsized hot strip probes
Myrick et al. Calibration of a plug-type gauge for measurement of surface heat flux and temperature using data from in-depth thermocouples
CN112098457B (en) Polynomial regression calibration method of thermal conductivity measuring instrument
RU2523090C1 (en) Method of determining specific heat capacity of materials
Jamroz Relationship between dynamic coefficients of two temperature sensors under nonstationary flow conditions
Longo A steady-state apparatus to measure the thermal conductivity of solids
RU2771997C1 (en) Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation
JPH11201923A (en) Measuring method for specific heat and differential scanning calorimeter
RU155337U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING HEAT TRANSFER FACTORS
RU2556290C1 (en) Method of determination of thermophysical properties of solid materials
SU855464A1 (en) Method of determination of solid body thermal conductivity
RU2762534C1 (en) Method for determining heat transfer coefficient of materials and device for its implementation
Platek et al. An accurate method for thermal conductivity measurement of thermally conductive adhesives