Спосіб вимірювання теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів

Спосіб вимірювання теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів, який полягає в створенні двох теплових потоків, один з яких пропускають послідовно через досліджуваний зразок та зразок порівняння, а другий - через 3 27320 [Бергер Л.И. Авторское свидетельство СССР №412539. Способ измерения теплопроводности твердых тел, кл. МКИG01 N25/18, опуб. в Б.И. №3, 1974]. Однак, цей спосіб не дозволяє досягнути підвищення точності вимірювання теплопровідності через низьку точність вимірювання температури на боковій поверхні однорідного теплопровідного елементу, яка суттєво відрізняється від температури по осі однорідного теплопровідного елементу внаслідок значних втрат тепла з його бокових поверхонь. В основу корисної моделі поставлено завдання створення такого способу вимірювання теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів, в якому за рахунок зменшення впливу на результат вимірювання втрат тепла з бокових поверхонь і зменшення похибки вимірювання температури підвищується точність вимірювання. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі вимірювання теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів, який полягає в створенні двох теплових потоків, один з яких пропускають послідовно через досліджуваний зразок та зразок порівняння, а другий - через однорідний теплопровідний елемент, вимірюють температуру по однорідному теплопровідному елементу і температуру в області контакту досліджуваного зразка та зразка порівняння і добиваються їх рівності, згідно з корисною моделлю, однорідний теплопровідний елемент виконують у вигляді пакету пластин, вимірюють температуру між пластинами в точках по осі пакету, знаходять серед них точку температура якої найближча до температури області контакту досліджуваного зразка та зразка порівняння, і за різницею даних температур та за положенням точки вимірювання в пакеті пластин однорідного теплопровідного елемента визначають теплопровідність досліджуваного зразка. Пропонований спосіб дозволяє підвищити точність вимірювання коефіцієнта теплопровідності за рахунок виключення впливу на результат вимірювання відтоків тепла через бокову поверхню однорідного теплопровідного елементу. Так, температура однорідного теплопровідного елементу неоднакова внаслідок відтоків тепла через його бокові поверхні і зменшується від центру до краю. Тому вимірювання температури однорідного теплопровідного елементу ковзаючим спаєм термопари, як це має місце в прототипі, вносить велику похибку в результат вимірювання шуканої величини. Пропонований спосіб дозволяє вимірювати температур у на осі теплопровідного елементу і тим самим значно підвищити точність вимірювання. Крім того, на результат вимірювання не впливає контактний термічний опір між ковзаючим спаєм диференційної термопари і поверхнею однорідного теплопровідного елементу, а також неоднорідності і забруднення на цій поверхні, що також підвищує точність. На Фіг.1. показано пристрій, що реалізує спосіб вимірювання теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів, де: 1 джерело 4 тепла; 2 - приймач тепла; 3 - теплопровідний елемент; 4 - зразок порівняння; 5 - досліджуваний зразок; 6 - диференційна термопара; 7 перемикач; 8 - вторинний прилад; 9 теплоізоляційні екрани; 10 - термостат; на Фіг.2 - градуювальні характеристики пристрою для різних положень перемикача. Пристрій, що реалізує пропонований спосіб, складається з двох теплопровідних кіл, розміщених між джерелом тепла 1 та приймачами тепла 2, в яких створюють відповідні теплові потоки. Перше коло складається із однорідного теплопровідного елементу 3, др уге - із послідовно включених зразка порівняння 4 та досліджуваного зразка 5. В точці контакту досліджуваного зразка 5 та зразка порівняння 4, а також між пластинами, що формують однорідний теплопровідний елемент 3, розміщені спаї диференційної термопари 6, які почергово через перемикач 7 під'єднуються до вторинного приладу 8. Бокові поверхні теплопровідного кола захищені від теплообміну з навколишнім середовищем теплоізоляційним екраном 9. Температур у приймачів тепла задають та підтримують з допомогою термостату 10. Пропонований спосіб здійснюється наступним чином. На поверхні нижнього приймача тепла 2 розміщують однорідний теплопровідний елемент 3, виготовлений у вигляді пакету пластин, між якими вмонтовують спаї диференційної термопари 6, комутовані з допомогою перемикача 7, джерело тепла 1, зразок порівняння 4, на поверхні якого вмонтовують опорний спай диференційної термопари 6. Досліджуваний зразок 5 поміщають на поверхні зразка порівняння 4 і притискають верхнім приймачем тепла 2. Створюють два теплові потоки між джерелом тепла 1 і приймачами тепла 2. Спаї диференційної термопари 6 через перемикач 7 почергово під'єднують до вторинного приладу 8 до тих пір, поки не визначать мінімальну різницю температур між областю контакту досліджуваного зразка 5 і зразка порівняння 4 та точкою по осі теплопровідного елементу 3. При цьому за виміряною різницею температур та положенням точки по осі пакету пластин однорідного теплопровідного елемента 3 з допомогою градуювальних характеристик визначають коефіцієнт теплопровідності. Для побудови градуювальних характеристик використовується набір зразків виготовлених із одної партії матеріалу (органічного скла), що мають однакову площу поперечного перерізу з різними товщинами (6, 9, 12, 18, ... 50мм). Тепловий опір зразків розраховують за формулою: d R= l+S , де l - теплопровідність; d, S - товщина та площа поперечного перерізу зразка, відповідно. В результаті експериментів отримано ряд DT , R точок ( ab ) для кожного положення перемикача 7 за якими визначено градуювальні характеристики пристрою (Фіг.2). 5 27320 Після встановлення стаціонарного режиму теплопередачі шукають таке положення перемикача 7 при якому значення DTab мінімальне і по ньому знаходять шукане значення l. Вимірювання проводять поблизу точки рівноваги вимірювальної схеми оскільки в цьому випадку зменшується вплив неінформативних параметрів, збільшується чутливість, а відповідно, досягається найвища точність. При реалізації способу в якості джерела тепла 1 використовувався електричний нагрівач виконаний з манганінового дроту товщиною 0,2мм у вигляді спіралі, розміщеної між двома прокладками. Приймачі тепла 2 представляють собою стальні блоки розмірами 280х280х30мм, в яких виконується спіральна система каналів для протікання холодоагенту з термостату 10. Досліджуваний зразок 5 матеріалу виконується у вигляді пластини з поперечними розмірами 250x250мм і товщиною від 10 до 50мм [відповідно до ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме.] В результаті проведених вимірювань теплопровідності пінопласту на основі полістиролу (пінополістирол) марки ПС та картону отримані значення теплопровідності: пінопласту - 0,035Вт/(м К); картону - 0,22Вт/(м К), які відповідають їх паспортним характеристикам. 6