PL213235B1

PL213235B1 - The manner of determination of heat parameters

Info

Publication number: PL213235B1
Application number: PL382918A
Authority: PL
Inventors: Stanislaw Chudzik; Waldemar Minkina
Original assignee: Politechnika Czestochowska
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2013-01-31
Also published as: PL382918A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych.The subject of the invention is a method of determining thermal parameters of materials, especially thermal insulation materials.

Znany jest sposób, w którym cienką sondę cieplną wbija się w badaną próbkę materiału, którego przewodność cieplna jest wielokrotnie większa od przewodności cieplnej materiałów termoizolacyjnych, i nagrzewa ją. W trakcie nagrzewania sondy dokonuje się pomiaru jej temperatury. Na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego ciepła wyznacza się, na podstawie znanej zależności, wartość współczynnika przewodzenia ciepła badanego materiału.There is a known method in which a thin thermal probe is inserted into a test sample of a material whose thermal conductivity is many times greater than the thermal conductivity of thermal insulation materials and heats it. While the probe is heating up, its temperature is measured. On the basis of the recorded temperature changes and the value of the supplied heat, the value of the thermal conductivity coefficient of the tested material is determined on the basis of the known dependence.

Znany jest również sposób, w którym sondę cieplną w postaci bardzo cienkiego naprężonego drutu umieszcza się w badanym materiale w postaci sypkiej bądź płynnej i nagrzewa ją. W trakcie nagrzewania sondy dokonuje się pomiaru jej temperatury. Na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego ciepła wyznacza się, na podstawie znanej zależności, wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału.A method is also known in which a heat probe in the form of a very thin tension wire is placed in the test material in a loose or liquid form and heats it. While the probe is heating up, its temperature is measured. Based on the recorded temperature changes and the heat input values, the values of the heat conduction coefficients and thermal diffusivity of the tested material are determined on the basis of the known dependence.

W jeszcze innym znanym sposobie sondę cieplną w postaci bardzo cienkiej rozpię tej taś my umieszcza się w przekrojonej próbce badanego materiału i nagrzewa ją. W trakcie nagrzewania sondy dokonuje się pomiaru jej temperatury. Na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego ciepła wyznacza się, na podstawie znanej zależności, wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.In yet another known method, a heat probe in the form of a very thin band is placed in a cross-sectioned sample of the tested material and heated. While the probe is heating up, its temperature is measured. Based on the recorded temperature changes and the value of the heat supplied, the values of the heat conduction coefficients and thermal diffusivity of the tested material as well as the product of the specific heat and the material density are determined, based on the known dependence.

Zgodnie z wynalazkiem, w badaną próbkę materiału wbija się równolegle dwie możliwie cienkie i długie sondy z czujnikami temperatury. Jedną z tych sond nagrzewa się, dokonując jednoczesnego pomiaru zmian temperatury obu sond. Na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury sond oraz wartości ciepła doprowadzonego do sondy cieplnej rozwiązuje się współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji bądź metody sztucznej inteligencji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.According to the invention, two probes with temperature sensors as thin and long as possible are driven into the test sample in parallel. One of these probes is heated by measuring changes in temperature of both probes simultaneously. Based on the recorded changes in the temperature of the probes and the value of the heat supplied to the thermal probe, the inverse factor problem is solved, based on gradient optimization methods or artificial intelligence methods, on this basis determining the values of the heat conduction and thermal diffusivity coefficients of the tested material and the value of the product of specific heat and density material.

Sposób według wynalazku umożliwia jednoczesne wyznaczenie, w krótkim czasie, kilku podstawowych parametrów cieplnych badanego materiału, przy czym umożliwia badanie materiałów termoizolacyjnych charakteryzujących się małą wartością współczynnika przewodzenia ciepła bez konieczności specjalnego przygotowywania próbek materiału do badań.The method according to the invention allows for the simultaneous determination, in a short time, of several basic thermal parameters of the tested material, and allows the testing of thermal insulation materials with a low value of the thermal conductivity coefficient without the need for special preparation of material samples for testing.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, ilustruje rysunek przedstawiający schemat ideowy stanowiska pomiarowego do realizacji sposobu będącego przedmiotem wynalazku.The subject of the invention, in an exemplary embodiment, is illustrated by a drawing showing a schematic diagram of a test stand for the implementation of the method being the subject of the invention.

Dwie połączone uchwytem sondy 1, 2 w postaci możliwie cienkich i długich metalowych rurek wbija się równolegle w badaną próbkę styropianu. W sondach są umieszczone czujniki 3 temperatury, wykonane z bardzo cienkiego drutu miedzianego, mierzące średnią temperaturę sond. W sondzie 1 cieplnej jest ponadto umieszczony grzejnik 4 główny, wykonany z bardzo cienkiego drutu miedzianego. Moc doprowadzona do grzejnika 4 jest rejestrowana. Dodatkowo, w uchwycie sondy 1 cieplnej jest umieszczony grzejnik 5 z czujnikiem 6 temperatury, który pełni rolę ochronną - od momentu rozpoczęcia nagrzewania utrzymuje temperaturę równą chwilowej średniej temperaturze sondy 1. Wszystkie przetworniki czujników 3, 6 temperatury są połączone za pośrednictwem przetwornika 7 analogowo-cyfrowego z systemem mikrokontrolera 9, który steruje pracą zasilacza 8 doprowadzającego moc elektryczną do grzejników 4, 5 i jest połączony z szybkim mikrokomputerem 10. Wraz z pojawieniem się wymuszenia cieplnego na grzejniki 4, 5 mikrokontroler 9 dokonuje rejestracji zmian temperatury, wskazywanych przez czujniki 3, 6. Na podstawie zarejestrowanych przebiegów temperatury oraz wartości strumienia cieplnego, doprowadzonego na grzejnik 4, mikrokomputer 10 rozwiązuje współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.Two probes 1, 2 connected by a holder, in the form of possibly thin and long metal tubes, are driven parallel to the tested polystyrene sample. The probes contain temperature sensors 3, made of very fine copper wire, which measure the average temperature of the probes. The heat probe 1 also has a main heater 4 made of very thin copper wire. The power applied to the heater 4 is registered. Additionally, in the holder of the thermal probe 1 there is a heater 5 with a temperature sensor 6, which has a protective role - from the moment of starting heating it maintains the temperature equal to the instantaneous average temperature of the probe 1. All the temperature sensors 3, 6 are connected via an analog-to-digital converter 7 with the microcontroller system 9, which controls the operation of the power supply 8 supplying electric power to the heaters 4, 5 and is connected to a fast microcomputer 10. With the appearance of the thermal forcing on the heaters 4, 5, the microcontroller 9 records the temperature changes indicated by the sensors 3, 6 On the basis of the recorded temperature curves and the value of the heat flux supplied to the heater 4, the microcomputer 10 solves the inverse factor problem, based on the gradient optimization methods, determining the values of the heat conduction and thermal diffusivity coefficients of the tested material on this basis. u and value of the product of specific heat and material density.

W przypadku braku mikrokomputera 10, poszukiwane wartości parametrów cieplnych badanego materiału może wyznaczyć mikrokontroler 9, samodzielnie rozwiązując współczynnikowe zagadnienie odwrotne w oparciu o zaimplementowane w jego programie metody sztucznej inteligencji.In the absence of a microcomputer 10, the required values of thermal parameters of the tested material can be determined by the microcontroller 9, independently solving the inverse factor problem based on the artificial intelligence methods implemented in its program.

Claims

The method of determining thermal parameters of materials, especially thermal insulation materials, consisting in inserting a thin and long thermal probe with a temperature sensor into the tested material sample, and then heating it and measuring changes in its temperature, characterized by the fact that parallel to the inserted thermal probe (1) a second, possibly thin and long probe (2) with a temperature sensor is inserted into the tested material sample, measuring changes in its temperature from the moment the thermal probe (1) starts heating, and then based on the recorded changes in the temperature of both probes (1, 2) and the values of heat supplied to the thermal probe (1), the inverse factor problem is solved, based on the gradient optimization methods, on this basis determining the values of the heat conduction and thermal diffusivity coefficients of the tested material and the value of the product of specific heat and material density.