УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КОЖИ

Полезная модель относится к области тепловых испытаний, а именно к области измерений теплопроводности мягких и тонких образцов, например, кожи, меха, кожевенных изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов.
Существует огромное количество устройств для определения теплопроводности твердых, строительных и сыпучих материалов, использующих различные методы измерения.
Для измерения теплопроводности твердых материалов известно устройство, содержащее цилиндрические термоэлектроды, внутри которых помещен электрически изолированный линейный источник тепла, подключенный к источнику питания (см. авт. свид. №1221567, МПК G 01 N 25/18, Бюл. №12, 1986 г.).
Однако данное устройство применяется в основном для определения коэффициента теплопроводности строительных сыпучих материалов и не предназначено для исследования мягких кож и кожевенных изделий.
Известно устройство для измерения теплопроводности, которым измеряют перепад температур по плоскому образцу посредством контактирующих с поверхностями измерителей температур (см. авт. свид. №1561025, МПК G 01 N 25/18, Бюл. №16, 1990 г.).
Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности кож и кожевенных изделий.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является установка ИТ-1 для определения теплопроводности твердых материалов, состоящая из двух термостатированных верхней и нижней металлических плит размерами 250×250 мм, измерителя теплового потока (тепломера), располагаемого между образцом и нижней термостатированной плитой, блока задания и регулирования температуры, узла зажима образца и теплоизоляционного
кожуха. Образец укладывают на тепломер и плотно прижимают термостатированной плитой. В зависимости от заданной температуры испытаний устанавливают температуру верхней и нижней термостатированных плит. Теплоизоляционный кожух обеспечивает устранение теплопотерь через торцовые грани образца (см. паспорт к установке для испытания образцов строительных материалов на теплопроводность ИТ-1, МВиССОРФ, ВСТИ, 1989 г., копия прилагается).
Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности кож и кожевенно-меховых изделий.
Таким образом, технической задачей предлагаемой полезной модели является создание такого устройства, которое позволило бы исследовать теплопроводность мягких и тонких образцов, например, кожи, меха, кожевенных изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов, проводить научно-исследовательские эксперименты и лабораторные работы по теплофизическим измерениям и применять полученные данные в исследовательских целях.
Технический результат полезной модели заключается в относительно быстром и точном получении данных по теплопроводности кожевенно-меховых полуфабрикатов, готовых кож и кожевенных изделий с возможностью автоматической регистрации результатов.
Указанный технический результат полезной модели достигается тем, что в установке для определения теплопроводности кожи, содержащей средство для измерения теплопроводности, блок регистрации, нагреватель, блок питания, узел зажима образца и теплоизоляционный материал, согласно полезной модели средство для измерения теплопроводности выполнено из пары термоэлементов, электрически связанных между собой для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами, при этом тепловой поток в установке
направлен сверху вниз, термоэлементы соединены с регистрирующим блоком, а один из термоэлементов соединен с нагревателем и блоком питания.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются новые конструктивные элементы, а именно:
- выполнение в устройстве средства для измерения теплопроводности из пары термоэлементов, электрически связанных между собой, обеспечивающих равномерную теплоотдачу и прием по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами, что существенно облегчает конструктивное решение предлагаемой модели;
- тепловой поток в установке направлен сверху вниз, что исключает влияние конвекции в пористых материалах;
- соединение термоэлементов с регистрирующим блоком позволит автоматизировать процесс получения данных с помощью компьютерного терминала;
- соединение одного из термоэлементов с нагревателем и блоком питания позволяет поддерживать заданную температуру, что способствует непрерывной регистрации теплового потока.
Таким образом, предлагаемая установка для определения теплопроводности кожи, у которой средство для измерения теплопроводности выполнено из пары термоэлементов, электрически связанных между собой для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца, помещаемого между термоэлементами, позволяет получать данные по теплопроводности исследуемых кож, меха, кожевенных изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов.
Заявляемая установка соответствует критерию "изобретательский уровень", так как заявитель не выявил источники информации по патентной и научно-технической документации, включающие признаки, сходные или эквивалентные отличительным признакам полезной модели.
Полезная модель является промышленно применимой, так как может использоваться при проведении научно-исследовательских экспериментов и лабораторных работ по теплофизическим измерениям теплопроводности мягких и тонких образцов, теплопроводности кожи, меха, кожевенных изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов и применять полученные данные в исследовательских целях кожевенно-мехового производства.
Сущность предлагаемой установки поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная схема установки для определения теплопроводности кожи.
Установка для определения теплопроводности кожи (см. фиг.1) состоит из средства для определения теплопроводности, которое выполнено из пары термоэлементов 1 и 2, электрически связанных между собой и соединенных с переключателем 3, с помощью которого установка приводится в включенное и выключенное состояние. Термоэлементы 1 и 2 закрыты теплоизоляционным материалом 4, обеспечивающим снижение тепловых потерь. Один из термоэлементов 2 соединен с нагревателем 5 и блоком питания 6, позволяющими устанавливать заданную температуру. Расстояние между парой термоэлементов 1 и 2 фиксируется с помощью узла зажима 7, которое регулируется в зависимости от толщины и фактуры исследуемого образца. Термоэлементы 1 и 2 соединены с регистрирующим блоком 8, в качестве которого может быть применен потенциометр типа Р 37-1, и присоединенным к нему нормальным элементом 9. Пара термоэлементов 1 и 2, обеспечивающих равномерную теплоотдачу и прием по всей площади испытуемого образца кожи 10, который вырезан в виде диска и помещается для исследования по определению теплопроводности между термоэлементами 1 и 2, в качестве последних могут быть применены термоэлементы Пельтье типа С-2-7, размеры которых изменены для исследования мягких и тонких образцов, например, кожи, меха, кожевенно-меховых полуфабрикатов, кожевенных изделий, и снижены боковые тепловые потери, что существенно облегчает конструктивное решение предлагаемой полезной модели.
Предлагаемая установка для определения теплопроводности кожи работает следующим образом (см. фиг.1).
Испытуемый образец кожи 10 помещается между термоэлементами 1 и 2 таким образом, чтобы термоэлементы 1 и 2 плотно прилегали к поверхности кожи, но при этом не сдавливали ее. С помощью узла зажима 7 регулируется зазор между термоэлементами 1 и 2 в зависимости от толщины и фактуры исследуемого образца. Переключателем 3 установка приводится в включенное и выключенное состояние. При включенном переключателе 3 нагревателем 5 и блоком питания 6 повышается температура термоэлемента 2. Регистрирующим блоком 8 фиксируются температуры обоих термоэлементов 1 и 2 и время измерения. По расчетной формуле выводится значение коэффициента теплопроводности испытуемого образца. За показание эксперимента исследуемого образца принимают среднее арифметическое значение не менее трех результатов испытания. Допускаемое расхождение между значениями, получаемыми для одного и того же образца, - не более 5%.
Исследования проводились с использованием образцов различной толщины нескольких видов натуральных и искусственных кож. Температура верхнего термоэлемента повышалась до 50°С, при этом разница температур составляла от 6 до 16°С.
В таблице представлены некоторые результаты проведенных экспериментов, полученных на предлагаемой полезной модели для двух образцов натуральной кожи хромового дубления и двух образцов гладкой и эластичной искусственной кожи на трикотажной и тканой основе соответственно.
Таблица.Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности λ различных видов кожи, полученные с использованием предлагаемой полезной модели
Наименование образца
Толщина образца, мм
Изменение температуры между поверхностями образца, °С
λ, Вт/(м·К)
Натуральная кожа хромового
1,0
6
0,028
дубления для верха обуви с
9
0,029
подшлифованной лицевой поверхностью, покрывного
12
0,040
крашения, гладкая, черная, с нитроцеллюлозным покрытием
16
0,050
Натуральная кожа хромового
1,2
6
0,030
дубления для верха обуви,
9
0,036
покрывного крашения,
12
0,040
гладкая, цветная, с нитроцеллюлозным покрытием
16
0,060
Искусственная кожа на
1,2
6
0,030
трикотажной основе,
9
0,050
эластичная и гладкая
12
0,060
16
0,060
Искусственная кожа на тканой
1,0
6
0,030
основе, эластичная и гладкая
9
0,040
12
0,050
16
0,050
По представленным результатам можно судить о том, что используемая установка полезной модели дает удовлетворительные данные по теплопроводности исследуемых образцов кожи.
Таким образом, предлагаемая установка может применяться на практике в области теплофизических измерений и тем самым позволяет широко ее использовать для исследования теплопроводности различных видов кожи. Предлагаемая полезная модель обладает достаточной воспроизводимостью получаемых данных по теплопроводности кожи и может использоваться для изучения теплопроводности неисследованных материалов.