АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ ИТСМ-1

2. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов. Учеб. пособие для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1976., 544 с.

3. Христинич, Р.М. Прогнозирование надежности и режимов работы тяговых трансформаторов в условиях предельной нагрузки / Р.М. Христинич, А.С. Луковенко // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - Иркутск, 2015. - №2. - С. 130-136.

4. Широков О.Г., Методика автоматического обнару-

жения ненормального нагрева силового трансформатора / О.Г. Широков, Д.И. Зализный, Д.М. Лось // Вестник Гомельского государственного технического университет имени П.О. Сухого: научно-практический журнал. -2004.-№4.-С 51-55.

5. РД 153-34.0-20.363-99. Основные положения методики инфрокрасной диагностики электрооборудования и ВЛ. М.: Изд-во ОРГРЭС, 2000. - 136 с.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ

ИТСМ-1

Константин Николаевич Большев

канд. техн. наук, с.н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск Василий Алексеевич Иванов канд. техн. наук, с.н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск Алексей Владимирович Малышев канд. техн. наук, н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск

AN AUTOMATED INSTALLATION USED FOR THE CONSTRUCTION MATERIALS' THERMAL CONDUCTIVITY DEFINITION DEVELOPED ON THE BASIS OF "ITSM-1" MEASURING DEVICE

Bolshev K.N., Ph.D., The senior researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia

Ivanov V.A., Ph.D., The senior researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia.

Malyshev A.V., Ph.D., The researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia.

АННОТАЦИЯ

В настоящей работе проведена автоматизация серийно выпускаемого измерителя теплопроводности строительных материалов ИТСМ-1. В ходе проведения автоматизации была сопряжена установка ИТСМ-1 с системой сбора и обработки данных АК-9.02. Разработана программа градуировки и измерения теплопроводности в виде приложения для ИТСМ-1 в среде программирования Borland Delphi 7 под Windows.

ABSTRACT

The paper deals with the automation of commercially available thermal conductivity meter of the construction materials called ITSM-1. In the course of automation ITSM-1 was coupled with a system of data collection and processing AK-9.02. Computer program of calibration and measurement of the thermal conductivity as an application to ITSM-1 was developed using Borland Delphi 7 for Windows.

Ключевые слова: Автоматизация, теплопроводность, температура, тепломер, строительные материалы, система сбора и обработки данных.

Keywords: Automation, thermal conductivity, temperature, heat meter, construction materials, data collection and processing system.

Введение

Измеритель теплопроводности строительных материалов ИТСМ-1 производился Актюбинским заводом «Эталон» (Казахстан). Начало серийного выпуска освоено в 1986 году. Установка предназначена для проверки на соответствие сертификату качества строительных материалов. Данное средство измерения теплопроводности внесено в государственный реестр № 10741-86.

Измеритель основан на стационарном методе и позво-

ляет определять теплопроводность строительных материалов в пределах от 0,2 до 1,5 Вт/(м-К).

Предел допускаемой основной относительной погрешности определения теплопроводности составляет 15%. Температурный диапазон измерения от -40 до 40 °С. Отрицательную температуру обеспечивает блок подачи охлаждения жидким азотом.

Метод стационарного определения теплопроводности В основу метода определения теплопроводности стро-

ительных материалов положен стационарный метод [1]. стоянного теплового потока и перепада температур в пло-Сущность стационарного метода состоит в создании по- скопараллельном образце (рисунок 1).

d

T

т=0

l

T

0

Рис.1. Схема метода установки ИТСМ-1 Образец в форме квадратной пластины помещается в измерительную зону между двумя плоскими тепломерами с двух сторон, которых установлены датчики температуры. Для обеспечения наилучшего теплового контакта образца с тепломерами, измеритель снабжен специальным прижимным устройством. В верхней и нижней части блока

находятся трубчатые теплообменники, обеспечивающие постоянство температур на верхней и нижней грани образца. Под тепломерами расположены нагреватели (рисунок 2). Измерительный блок защищен теплоизоляционной оболочкой для предотвращения утечек тепла и обеспечивающей полное прохождение потока тепла через образец.

f - Образец. 2 -Нагреватели, Э -Родматоры> 4- Теплоллцрь». 5 - Зглгевмк

I - Б/юк 2 - бл)к управлечин, 1-

Блси тепловой, Л - Аксэыит 9.0.2

Рис.2. Установка ИТСМ -1

Когда наступает стационарный тепловой режим нагрева исследуемого образца, значение теплопроводности можно вычислить по формуле [2]:

л=. "

U,,

к^ U1

- 2P

где ио - сигнал перепада температур на образце, В; ит -сумма сигналов перепадов температуры на тепломерах, В; ^-коэффициент тепловой проводимости тепломеров, Вт/ (м2-К); 2Рк-контактные тепловые сопротивления (~ 0,01 (м2-К)/Вт).

Из приведенной расчетной формулы следует, что данный метод является относительным, поскольку требует знания величины кт, которая определяется путем прове-

дения градуировки на заранее известных эталонных мерах, в данном случае - оптического и органического стекла [3,4].

Автоматизация ИТСМ-1

В оригинальной установке автоматизация процесса измерения теплопроводности проводилась на базе программируемой микроЭВМ Электроника МС1103. Из-за отсутствия энергонезависимой памяти микроЭВМ перед каждым измерением необходимо было вводить в память управляющую программу. В процессе проведения эксперимента блок управления передавал обработанные данные с тепломеров и термометров сопротивления в цифровом виде в микроЭВМ, где производилась обработка и вычисление результата. При этом оператор лишен возможности наблюдения за ходом эксперимента,средняя продолжительность которого составляет 2-3 часа.

В целях модернизации и повышения точности и обеспечения информативности измерительной установки ИТСМ-1, было принято решение о сопряжении ее с системой сбора и обработки данных (ССОД) «АК 9.02» управляемой с IBM совместимого ПК.

Управление нагревателями осуществляется через тиристоры с использованием широтно-импульсной модуляции путем установки переключателями нужного перепа-

Тепломеп

Исследуемый

обпазем

Тепломер

Тепмопезистоп

Рис.3. Схема подключения установки к системе «АК 9.02»

Отдельный канал выделен для измерения напряжения на опорном образцовом сопротивлении.

Система «АК 9.02» использует для связи с компьютером последовательный интерфейс RS-232. Для автоматизированной установки было разработано приложение в среде Delphi. Программа измерения состоит из ввода постоянных данных высоты образца, в зависимости от режимов градуировки или измерения - ввод значения теплопроводности эталонного образца или тепловой проводимости тепломеров. Далее идет запуск таймера и вызов процедуры включение тока в измерительной цепи. Вызов подпрограммы измерения напряжения на тепломерах и опорном сопротивлении. Процедура измерения много-

да температур на образце. Блок автоматики нагревателей нами не модифицировался, так как работает исправно с необходимой точностью регулирования температур.

Система «АК-9.02» предназначена для измерения постоянного напряжения, питания вторичных преобразователей физических величин, а также внешнего управления [5,6,7]. Она включает в себя программно-аппаратные модули и библиотеки, для разработки приложений в среде Borland Delphi в операционной системе Windows для получения доступа к аппаратным средствам, таким как измерение напряжения, питание током, управление внешним воздействием на объект исследования.

Изучение конструкции тепломеров позволило сделать выводы, что каждый из них состоит из двух термометров сопротивления разделенных промежуточной средой номиналом около 100 Ом. Термометры сопротивления, установленные на тепломерах, были последовательно подключены к стабилизированному источнику постоянного тока в 1мА входящего в состав ССОД «АК 9.02» и предназначенного для питания резистивных преобразователей, через опорное образцовое сопротивление. Падение напряжение на каждом датчике измерялось на отдельном измерительном канале (рисунок 3).

Канал 21 Канал 22

Канал 23

Канал 24 Канал 25

TOK1 Образцовое

кратна с использованием операторов цикла, с целью обработки и фильтрования данных. Останов программы осуществляется по условию достижения стационарности.

Приложение позволяет наблюдать развитие температур на тепломерах и образце в виде графиков, анализирует процесс эксперимента и при наступлении стационарного режима производит вычисление значения теплопроводности исследуемого образца.

Разработанное приложение имеет два режима работы (рисунок 4, 5): определения постоянной прибора - тепловой проводимости тепломеров и измерение теплопроводности.

Рис.4. Режим определения постоянной прибора

и

V'htcm

Выварит* tWi эялоринлпа jtt^pom«,

Ттяляв.nfltm-'ь T*fli№4pü* ¡LiU :Е В

Стяр>

112 tu 1Ш t№ iaa HP ix i« tot

103 I« 101 loa

I : : : ! ; • ' ZZ1

KinipreJ ^С L_______! _________

IMkilte

7/ :...........| Е----гг---->.....г--- : - -

// 1- —.— :-....... i.....  о ! ......[........

// 1 -——1

// '

| J . . .---„-,-„-, 1С4Н Ъ'шш V! Х[ф 1}.%)№ I^Mtt lijOto

Сзгрь'ие-'ч1*« I lffi-ЖЛ

Tonsprhp-'^I'LIÜ.'- 1ПЧ

HMif«

CwfwuiiwMiH 100««

Лчтшпг-д нл ы$р к J1 /ч^ fla^iin-jpiüEi-L 1 Ü iHii

ПРОПЕЛ Mi У- DGJSE Ё^ччйПЩМЛАфЫ; S.07ÜI

Tinnonjoe -&1Э14

I iiiTj;. ai пЙ  T-l Tl TflnnafTpou

7 t-ичл pa * сщ w г 1ъ

L

__

I6J0WI lfcSMC I7JOMO 1J1D 17ЛР0 17див tgg)

Рис.5. Режим измерения теплопроводности образца

Выводы

В ходе проведения автоматизации установки по определению теплопроводности строительных материалов, модифицирован и сопряжен измеритель ИТСМ-1. Разработано для ИТСМ-1 прикладное программное обеспечение в виде приложения под Windows. В результате модификации и сопряжения установки с системой сбора и обработки данных АК-9.02 была обеспечена информативность, а вместе с ней и повышена точность получаемых данных.

Список литературы:

1. Измеритель теплопроводности ИТСМ-1, ТУ 252477.008-87 - 1987

2. ГОСТ 7076-99 Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме.

3. Платунов Е. С., Баранов И. В., Буравой С. Е., Куре-пин В. В. Теплофизические измерения. Учебное пособие -

СПб.: СПбГУНиПТ, 2010.

4. Платунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин В.В., Петров Г.С.; Под общ. ред. Платунова Е.С.Теплофизические измерения и приборы Л.: Машиностроение, 1986, 256 с.

5. Система контроля и сбора данных АК-9.02, Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Москва, 2004

6. Большев К.Н., Иванов В.А. Разработка систем автоматизации теплофизического эксперимента на базе КИС «Аксамит». // Труды V Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата ЕиКЛ8ТК.ЕМС0Ь0-2010 Секция 5. Те-пломассоперенос и термомеханика дисперсных сред - г. Якутск 2010. - Стр. 94-103.

7. Большев К. Н., Иванов В. А. Практическая реализация систем автоматизации теплофизических измерений. // Международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства исследований тепло-

физических свойств веществ» Материалы конференции -Санкт-Петербург 2010.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА БАЗАЛЬТО-АРМИРОВАННОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА, ПРИМЕНЯЕМОГО В КАЧЕСТВЕ КОНСТРУКЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА ЭКРАНОПЛАНА

Константин Николаевич Большев

канд. техн. наук, с.н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск Василий Алексеевич Иванов канд. техн. наук, с.н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск, Алексей Владимирович Малышев канд. техн. наук, н.с.;

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск, Анатолий Анатольевич Степанов

ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН

им. В.П. Ларионова, Якутск,

THERMAL INSULATION PROPERTIES OF THE BASALT-FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL USED AS A CONSTRUCTION ELEMENT OF THE GROUND EFFECT MACHINE

Bolshev K.N., Ph.D., The senior researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia

Ivanov V.A., Ph.D., The senior researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia.

Malyshev A.V., Ph.D., The researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia.

Stepanov A.A., The researcher of the heat and mass transfer department, Institute of Physical-Technical problems of the North named after V.P. Larionov, The Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Yakutsk, Russia.

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся данные по определению эффективной теплопроводности и сопротивления теплопередачи фрагмента пластины изготовленной из базальто-армированнного композиционного материала полученные методом стационарного теплового режима. В работе применяются климатическая камера, прецизионный преобразователь сигналов «Теркон» и нестандартные преобразователи теплового потока типа ПТП-1Б, со встроенными датчиками температуры. Опрос первичных данных необходимых для расчета теплопроводности производится по программе, разработанной в среде Borland Delphi 7 в виде приложения Windows.

ABSTRACT

The paper presents data on determination of the effective thermal conductivity and thermal resistance of a basalt-fiber reinforced composite material plate fragment. The data were obtained using the method of steady-state thermal condition. The climatic chamber, «Terkon» precision signal converter and non-standard heat flow converters called PTP-1B with built-in temperature sensors were used in this work. A survey of primary data required to calculate the thermal conductivity is made using the computer program developed with Borland Delphi 7 as a Windows-compatible application.

Ключевые слова: Преобразователь теплового потока, теплопроводность, стационарный тепловой режим, базаль-то-армированный композитный материал, прецизионный преобразователь сигналов, климатическая камера.

Keywords: Heat flow converter, thermal conductivity, steady-state thermal condition, basalt-fiber reinforced composite materials, precision signal converter, a climatic chamber.

Введение

Применение базальтовых материалов в настоящее время все шире находит применение в таких отраслях промышленности как строительство, кораблестроение, авиация, космическая техника, теплоэнергетика, радиоэлектроника и т. д. [1]. Во всех этих областях данный материал становится не заменимым, ввиду присущих ему

целому ряду свойств, таких как механическая прочность, устойчивость к коррозии и химическая стойкость, обладание низкой гигроскопичностью.

Арматура, созданная на основе базальто-волокнистых материалов имеет малый вес что, несомненно, будет удачным выбором в плане создания легких конструкционных изделий и позволит сократить затраты на их доставку.