Спосіб визначення теплоємкості текстильних матеріалів термоелектричними сенсорами

Спосіб визначення теплоємкості текстильних матеріалів термоелектричними сенсорами, який полягає в приведенні робочого кінця термопари в тепловий контакт з матеріалом, що досліджується, вимірюванні термоЕДС на вільних кінцях термопари, монотонному нагріванні матеріалу, що досліджується, охолодженні та вимірюванні двох значень термоЕДС в процесі охолодження матеріалу, що досліджується, та визначенні його теплоємкості, який відрізняється тим, що монотонне нагрівання матеріалу, який досліджується, здійснюють пропусканням через термопару змінного струму, збільшують струм до досягнення температури нагрівання на 35-40 °С вище температури навколишнього середовища, вимірюють встановлений струм нагрівання та напругу нагрітої термопари, при охолодженні матеріалу, що досліджується, вимірюють напругу термопари при двох значеннях термоЕДС, розділених заданим часовим інтервалом, а питому теплоємкість матеріалу, що досліджується, визначають з виразу: Корисна модель належить до області оцінки фізичних властивостей текстильних матеріалів та може бути використана для визначення теплоємкості матеріалів термоелектричними сенсорами. Однією з важливих теплових характеристик текстильних матеріалів є теплоємкість, яка визначає здатність матеріалу акумулювати теплову енергію при різних процесах, які супроводжуються підведенням або відведенням тепла. Теплоємкість також характеризує теплову інерцію матеріалу і визначає цю поведінку при різких змінах температури, що є важливим фактором для оцінки захисних властивостей текстильних виробів в екстремальних умовах (пожежі, вибухи та різного виду опромінення). Для фіксації температурних змін всередині та на поверхні текстильних матеріалів широко використовуються термоелектричні сенсори (термопари), які завдяки своїй голкоподібній формі легко проникають в глибину матеріалу. Відомий спосіб визначення теплоємкості термоелектричними сенсорами [Авт.св. СРСР №1693547, МПК G01N33/04, 1991р.], що полягає в приведенні робочого кінця термопари в тепловий контакт з матеріалом, який досліджується, вимірюванні термоЕДС на вільних кінцях термопари, монотонному нагріванні матеріалу електричним струмом до температури вище температури навколишнього середовища, вимиканні електричного струму, вимірюванні часового інтервалу між двома спадаючими значеннями термоЕДС, що вимірюються, та визначенні теплоємкості матеріалу за допомогою математичного виразу. t ox U ( t ) U1 ln 3 1 U3 ( t 2 ) U1 , де Iн - змінний струм нагрівання; R - опір електродів термопари; g - поверхнева густина матеріалу; Fe - ефективна площа матеріалу, який нагрівається; Tc i To - температура навколишнього середовища та вільних кінців термопари; U1 - напруга термопари при початковій температурі матеріалу; U 2 - напруга нагрітої термопари; t ox - заданий часовий інтервал охолодження; (19) UA (11) 55165 U3 (t1 ) i U3 (t 2 ) - напруга термопари в процесі її охолодження на початку і кінці встановленого інтервалу t ox . U 2 Iн R U1 2gFe (Tc To ) U2 U1 (13) Cp 3 55165 4 У математичний вираз, який пов'язує шукану N1, N2, N3 - виміряні значення термоЕДС тертеплоємкість з величинами, які вимірюються, вхомопари при початковій температурі, додатковому дить також коефіцієнт тепловіддачі в навколишнє нагріванні та охолодженні термопари; середовище. Значення коефіцієнта тепловіддачі tнагр - час нагрівання матеріалу від навколишскладно стабілізувати або точно виміряти. Тому нього середовища при відключенні струму. цьому способу властива велика похибка у визнаАналіз розрахункової формули показує, що ченні теплоємкості матеріалу. результат визначається значенням коефіцієнта Відомий спосіб визначення питомої теплоємПельтьє, який залежить як від температури нагрікості текстильних матеріалів, при якому здійснюву, так і від температури охолодження. Тому його ють порівняльні виміри темпа охолодження матеточне значення не відоме. Процес вимірювання ріалу, що досліджується, та еталону тривалий, так як спочатку необхідне монотонне [Эксплуатационные свойства материалов для нагрівання, потім монотонне охолодження і потім одежды и методы оценки их качества: Справочник знову нагрівання від навколишнього середовища. / Гущина К.Г., Беляева С.А., Командрикова Е.Я. и Переривання струму через термопару, що необдр. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. хідно для вимірювання термоЕРС нагрітої та охо- с. 246-250]. Цей спосіб полягає в заповненні крилодженої термопари, викликає велику похибку хтами матеріалу, який досліджується, циліндриччерез швидке розсмоктування теплоти Пельтьє, ної ємкості, підвішуванні її в камері спокійного пояка виділяється або поглинається лише в контактвітря, розміщенні робочого кінця термопари в ному шарі робочого кінця термопари. Мале знакрихті матеріалу та вимірюванні різниці темперачення коефіцієнту Пельтьє для металевих термотур між матеріалом, який досліджується, та стінпар не дозволяє охолодити матеріал, який кою камери спокійного повітря, поступовому оходосліджується, більше ніж на декілька градусів, і лодженні матеріалу з фіксацією темпа отже, забезпечити достатньо точне вимірювання охолодження. Аналогічні операції виконуються з часового інтервалу, який дорівнює тепловій посеталоном у вигляді металевого циліндру, який має тійній термопари. такі самі розміри, як циліндрична ємкість з матеріВ основу корисної моделі покладена задача алом, який досліджується, виготовленого з металу створити такий спосіб визначення теплоємкості з відомою теплоємкістю. Питому теплоємкість матекстильних матеріалів термоелектричними сентеріалу, який досліджується, розраховують за фосорами, в якому введенням нових операцій, зармулою з урахуванням темпів охолодження цилінбезпечилося б підвищення точності визначення дру з подрібненим матеріалом та металевого значення теплоємкості текстильних матеріалів та циліндру - еталону. зменшення часу випробувань. Проте, цей спосіб потребує подрібнення тексПоставлена задача вирішується тим, що в тильного матеріалу, тривалого часу вимірів та спосіб визначення теплоємкості текстильних мазнання коефіцієнта теплопровідності матеріалу, теріалів термоелектричними сенсорами, засноваякий досліджується, що в свою чергу залежить від ний на приведенні робочого кінця термопари в об'ємної маси матеріалу. Тому відомий спосіб матепловий контакт з матеріалом, що досліджується, ло придатний для швидкого експрес - аналізу вимірюванні термоЕДС на вільних кінцях термопаскладу та властивостей текстильних матеріалів. ри, монотонному нагріванні матеріалу, що досліВідомий також спосіб визначення теплоємкості джується, охолодженні та вимірюванні двох знатекстильних матеріалів термоелектричними сенчень термоЕДС в процесі охолодження матеріалу, сорами [Патент України № 23640А, МПК що досліджується, та визначенні його теплоємкосG01N33/00, 1998р.], полягає в приведенні робочоті, який відрізняється тим, що згідно корисної мого кінця термопари в тепловий контакт з матеріаделі, монотонне нагрівання матеріалу, який дослілом, що досліджується, вимірюванні термоЕДС на джується, здійснюють пропусканням через вільних кінцях термопари, монотонному нагріванні термопару змінного струму, збільшують струм до матеріалу, що досліджується, відключенні джередосягнення температури нагрівання на 35-40 °С ла нагрівання, поступовому охолодженні матеріавище температури навколишнього середовища, лу з фіксацією темпа охолодження та визначенні вимірюють встановлений струм нагрівання та натеплоємкості матеріалу, що досліджується. пругу нагрітої термопари, при охолодженні матеріМонотонне нагрівання у відомому способі алу, що досліджується, вимірюють напругу термоздійснюють пропусканням через робочий кінець пари при двох значеннях термоЕДС, розділених термопари постійного струму, зміною напрямку заданим часовим інтервалом, а питому теплоємпротікання струму через робочий кінець та охолокість матеріалу, що досліджується, визначають з дженням термопари протягом часу, який дорівнює виразу: тепловій постійній зразка матеріалу, та визначен2 t ox Iн R U1 ня питомої теплоємкості матеріалу Ср з виразу: Cp , 2gFe (Tc To ) U2 U1 U ( t ) U1 N1 2ПП ln 3 1 Cp t нагр , U3 ( t 2 ) U1 M(Tc To ) N2 N3 де Iн - змінний струм нагрівання; де П - коефіцієнт Пельтьє робочого кінця термопари; R - опір електродів термопари; І - струм, який пропускають через термопару; g - поверхнева густина матеріалу; М - маса матеріалу, який досліджується; Fe - ефективна площа матеріалу, який нагріваєтьТc - температура навколишнього середовища; ся.; Т - температура вільних кінців термопари; о 5 55165 6 показання амперметру 12 дорівнює нулю. ТемпеTc i To - температура навколишнього середовища ратура матеріалу, який досліджується, Тм визнаті вільних кінців термопари; чається температурою навколишнього середовиU1 - напруга термопари при початковій темпераща Тс. Температура вільних кінців То термопари турі матеріалу; менше за температуру навколишнього середовища (То