Измерительная система неразрушающего определения теплофизических свойств полимеров

Внедрение: 2014 г.

Группа специалистов кафедры «Энергообеспечение предприятий и теплотехника» Тамбовского государственного технического университета представила [1] мобильный вариант измерительной системы неразрушающего определения теплофизических полимерных материалов (ПМ). Система также реализует алгоритмы: контроля температурных характеристик структурных переходов в ПМ; управления режимами эксперимента; обработки экспериментальных данных. Повышенная точность использованного метода определения теплофизических свойств ПМ обусловлена отсутствием влияния на результат измерений тепловых эффектов структурных превращений.

Согласно измерительной схеме ИС (рисунок 1), тепловое воздействие на исследуемое тело, имеющее равномерное начальное температурное распределение, осуществляется с помощью двух линейных нагревателей постоянной мощности, встроенных в подложку измерительного зонда (ИЗ). Начальное температурное распределение контролируется одновременно тремя термоэлектрическими преобразователями (ТП1 – ТП3), расположенными на поверхности подложки ИЗ: ТП1 размещен на линии центральной оси ИЗ, ТП2 и ТП3 находятся на расстояниях х' по обе стороны от оси (на центральных линиях нагревателей). В ходе эксперимента каждым термоприемником фиксируются зависимости избыточной температуры ТТП1, ТТП2, ТТП3 от времени, а также значения разностей температуры на нагревателях и в точке, расположенной на центральной оси ИЗ.
 

Рисунок 1. Измерительная схема ИС: 1 – подложка измерительного зонда; 2 – нагреватели; 3 – термоэлектрические преобразователи; 4 – исследуемое изделие; 2h – ширина нагревателя, м; х' – расстояние от центра измерительного зонда до середины нагревателя, м.

Рисунок 2. Структурная схема измерительной системы.

Измерительная система (рисунок 2) состоит из персонального компьютера (ПК), преобразователя измерительного Е14-140-МD, усилителя сигналов (У), ИЗ, регулируемого блока питания (БП).

При измерениях ИЗ устанавливают контактной стороной на поверхность исследуемого изделия. Измерительный зонд обеспечивает создание теплового воздействия на исследуемое изделие с помощью нагревателей (Н1, Н2) и фиксирование температуры в заданных точках контроля.
Термоэлектрические преобразователи располагаются на центральных линиях каждого нагревателя и ИЗ. Холодные спаи ТП выведены в блок холодных спаев (БХС) через специальные отверстия в подложке ИЗ, где распаяны на коммутационную плату.

Примечание от L-Card: Конфигурации оборудования L-Card для измерения температуры без применения усилителя описаны в статьях:

• Термопары — к какому АЦП подключать?
• Термометры сопротивления – с каким АЦП применять?

В работе [2] представлена математическая модель использованного метода неразрушающего контроля теплофизических свойства твердых материалов. Рассматривается процесс теплопроводности от двух линейных нагревателей в полуограниченном теле. Сформулирована краевая задача теплопроводности, решение которой позволило получить расчетные зависимости определения теплофизических свойств по температурно-временному отклику на тепловое воздействие.

Источники:
1. Жуков Н.П., Рогов И.В., Попов О.Н., Васильев Д.О. Измерительная система неразрушающего определения теплофизических свойств и температурных характеристик структурных переходов в полимерных материалах // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2014. – Т. 20, № 1. – С. 27-33.

2. Математическое моделирование теплопереноса от двух нагревателей в полуограниченном теле / Н. П. Жуков [и др.] // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2012. – Т. 18, № 2. – С. 327-332.

Разработчик: Жуков Н.П., Рогов И.В., Попов О.Н., Васильев Д.О. (Тамбовский гос. технический университет)