PL213235B1 - Sposób wyznaczania parametrów cieplnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych.

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.

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.

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.

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.

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.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, ilustruje rysunek przedstawiający schemat ideowy stanowiska pomiarowego do realizacji sposobu będącego przedmiotem wynalazku.

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.

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.

Claims (1)

1. Sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych, polegający na wbiciu w badaną próbkę materiału możliwie cienkiej i długiej sondy cieplnej z czujnikiem temperatury, a następnie nagrzewaniu jej i jednoczesnym dokonywaniu pomiaru zmian jej temperatury, znamienny tym, że równolegle do wbitej sondy (1) cieplnej wbija się w badaną próbkę materiału drugą możliwie cienką i długą sondę (2) z czujnikiem temperatury, dokonując pomiaru zmian jej temperatury od momentu rozpoczęcia nagrzewania sondy (1) cieplnej, po czym na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury obu sond (1, 2) oraz wartości ciepła doprowadzonego do sondy (1) cieplnej rozwiązuje się 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.