Способ и устройство для экспрессного контроля теплотехнических качеств материалов строительных конструкций
METHOD AND DEVICE FOR EXPRESS CONTROL OF THERMO-TECHNICAL QUALITIES OF BUILDING STRUCTURES MATERIALS

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам исследования физических свойств веществ путем электрических измерений, и может быть использовано для оперативного контроля теплотехнических качеств материалов строительных конструкций.
Известен способ определения термического сопротивления ограждающих конструкций путем измерения плотности стационарного теплового потока и температур на внутренней и наружной поверхностях конструкций и вычисления термического сопротивления по известным формулам (ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», Госстройиздат, 1984). Недостатки этого способа обусловлены необходимостью использования стационарного режима теплопередачи через конструкцию и заключаются в большой длительности и трудоемкости осуществляемых операций.
Известен способ определения термического сопротивления конструкции, основанный на прохождении нестационарного теплового потока через материал (патент RU №2457471 «Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи», кл. G01N 25/18, опубл. 20.04.2012). Этот способ менее длителен, чем предыдущий, но требует проведения достаточно сложных расчетов и также не является экспрессным.
Известен способ определения теплопроводности, в котором исследуемый материал помещают в электрическое поле конденсатора, измеряют его емкость и по градуировочной зависимости определяют искомый теплофизический параметр (Авторское свидетельство SU №1224695 «Способ определения теплопроводности неметаллических влажных капиллярно-пористых материалов», кл. G01N 25/18, опубл. 15.04.1986). Недостатком этого способа являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в определении лишь одного теплофизического параметра.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по существенным признакам является выбранный в качестве прототипа способ, основанный на электротепловых аналогиях и реализуемый путем измерения электрической емкости с дальнейшим преобразованием ее в измерительно-вычислительном блоке, вычисления значений влажности и теплопроводности неметаллических материалов и регистрации этих значений на индикаторе, (патент RU №2431134 С1 «Способ и устройство для экспрессного определения влажности и теплопроводности неметаллических материалов», кл. G01N 27/22, G01N 25/18, опубл. 10.10.2011). Недостатком прототипа является ограниченное число определяемых теплофизических параметров, не превышающее двух.
Техническими результатами изобретения являются: расширение функциональных возможностей способа и упрощение вычислений.
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
2
Эти технические результаты достигаются тем, что в способе контроля теплотехнических качеств строительных конструкций, включающем в себя операции по измерению емкости датчика, преобразованию ее в пачки импульсов, передаче информации в измерительно-вычислительный блок, вычислению значений искомых параметров по индивидуальным формулам для каждого параметра и регистрации этих значений на индикаторном элементе, согласно изобретению вычисление значений искомых параметров выполняют по единой формуле, имеющей вид Y=a+b⋅ΔX+c⋅(ΔX), где Y - искомый параметр, a, b, c - эмпирические константы, полученные экспериментально и внесенные в постоянную память (ПЗУ) измерительно-вычислительного блока, ΔX - разность между числом импульсов в пачках,
переданных в измерительно-вычислительный блок до и после установки датчика на поверхность контролируемой конструкции, соответственно, причем число определяемых параметров больше двух (i>2).
Осуществление изобретения
К параметрам, характеризующим теплотехнические качества материалов строительных конструкций, относятся влажность и температура наружной и внутренней поверхностей конструкций, влажность и температура воздуха внутри и снаружи помещений, теплопроводность материалов конструкции и др. Измерение и контроль этих параметров осуществляют с помощью устройства, содержащего емкостной датчик и компьютерное средство для управления, обработки и визуализации получаемой информации.
Пример использования изобретения
Требуется определить следующие параметры ограждающей конструкции (стены) жилого здания в процессе его эксплуатации:
в
- влажность внутренней поверхности стены W, % по массе;
н
- влажность наружной поверхности стены W, % по массе;
в
- температуру внутренней поверхности стены Т, °С;
н
- температуру наружной поверхности стены Т, °С;
в
- влажность воздуха внутри помещения, ϕ, % отн.;
н
- влажность воздуха снаружи помещения, ϕ, % отн.;
в
- температуру воздуха внутри помещения, t, °С;
н
- температуру воздуха снаружи помещения, t, °С;
Для количественного определения значений перечисленных параметров выполняют следующие операции:
1. Включают питание компьютерного средства, удерживая емкостной датчик в воздухе на расстоянии не менее 20 см от поверхности контролируемой конструкции и посторонних металлических предметов, и измеряют емкость датчика.
2. С помощью клавиатуры выбирают режим измерения влажности материала, затем конкретный строительный материал.
3. Устанавливая датчик на внутреннюю поверхность стены, с помощью клавиатуры повторно измеряют емкость датчика.
в
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
4. Производят вычисление влажности внутренней поверхности стены по формуле W=a+b⋅ΔN+c⋅(ΔN), где a, b, c - эмпирические коэффициенты для выбранного материала, полученные при градуировании устройства, реализующего предложенный способ, хранящиеся в ПЗУ; ΔN - разность между числом импульсов в пачках, переданных в измерительно-вычислительный блок до и после установки датчика на поверхность контролируемой конструкции, соответственно.
н
2
2
2
2
2
2
5. Аналогично п. 4 производят вычисление влажности наружной поверхности стены по формуле W=а+b⋅ΔN+c⋅(ΔN). Если материал наружной поверхности отличается от материала внутренней поверхности, то предварительно повторяют операции по п. 2.
в
н
6. С помощью клавиатуры выбирают режим измерения температуры контролируемого материала. Устанавливают поочередно датчик на внутреннюю и наружную поверхности стены, повторно измеряют емкость и вычисляют температуры Т и Т по формуле, аналогичной п.п. 4 и 5.
в
н
в
н
7. С помощью клавиатуры по очереди выбирают режимы измерения влажности и температуры воздуха внутри и снаружи помещения, соответственно, располагают датчик не ближе 10 см от внутренней или наружной поверхности стены, повторно измеряют емкость и вычисляют значения ϕ, ϕ, t, t по формуле, аналогичной п.п. 4 и 5.
Использование изобретения в натурных обследованиях строительных объектов обеспечивает получение технических результатов, позволяющих произвести оценку теплотехнических качеств материалов конструкций технически и экономически более эффективно по сравнению с известным уровнем техники.