CC BY
75
Литература
1. Чернышов Е.М., Федин А.А., Потамошнева Н.Д., Кухтин Ю.А. Газосиликат: современная гибкая технология материала и изделий // Строительные материалы. - 2006. - №4. - С. 4-10.
Урханова Лариса Алексеевна, доктор технических наук, профессор, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, т. (3012)431415, [email protected],
Балханова Елена Дмитриевна, кандидат технических наук, доцент, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, т. (3012)43-14-15, [email protected]
Хахинов Вячеслав Викторович, доктор химических наук, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахъяновой, 6
Urkhanova Larisa Alekseevna, Doctor of Technical Sciences, Professor, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40-a
Balkhanova Elena Dmitrievna, candidat of technical sciences, Assistant Professor, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40-a
Khakhinov Viacheslav Victorovich, Doctor of Chemistry, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., 6
УДК 536.21 © Б.Б. Танганов, Т.В. Багаева, И.А. Бубеева, Г.Ф. Ханхасаев, В.Ч.-Д. Гармаев
ЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, ТАРЫ И УПАКОВОК
Разработаны установки для измерения коэффициентов теплопроводности строительных, сыпучих материалов, различных упаковок и тары.
Ключевые слова: теплопроводность, материалы и изделия строительные.
B.B. Tanganov, T.V. Bagaeva, I.A. Bubeeva, G.F. Khankhasaev, V.Ch-D. Garmaev
SENSITIVE PLANT FOR MEASUREMENT OF THERMAL CONDUCTIVITY OF BUILDING AND LOOSE MATERIALS, PACKAGING AND PACKING
Plants for measuring the thermal conductivity coefficient of building, loose materials, different packages and packaging were developed.
Keywords: thermal conductivity, building materials and products.
Существует множество 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 [1]. Известно устройство для измерения теплопроводности, которым измеряют перепад температур по плоскому образцу, посредством контактирующих с поверхностями измерителей температур [2], а также установка ИТ-1 для определения теплопроводности твердых материалов, состоящая из двух термостатированных верхней и нижней металлических плит размерами 250 х 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
Недостатками перечисленных установок являются то, что данные устройства в основном применяются для исследования строительных материалов и не используются для определения коэффициента теплопроводности тары и упаковки.
Наиболее близким техническим решением к данному устройству является установка для определения коэффициента теплопроводности кожи, содержащая средство для измерения теплопроводности, блок регистрации, нагреватель с блоком питания, узел зажима образца и теплоизоляционный материал. Для измерения теплопроводности используется пара термоэлементов, электрически связанных между собой, для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами, при этом тепловой поток направлен сверху вниз, термоэлементы соединены с регистрирующим блоком, в качестве которого применен потенциометр Р37.1 [3]
Работа является продолжением исследований теплопроводности различных веществ, и относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплопроводности твердых образцов, например, материалов, используемых в производстве различных материалов, тары и упаковки специального назначения. Установка может использоваться для исследований по определению теплопроводности различных строительных материалов и сыпучих материалов, изделий на стеновые панели и блоки из легких бетонов с теплопроводностью от 0,1 до 1,5 Вт/(м*К) и предназначенные для жилых, общественных и производственных зданий.
Технической задачей предлагаемой установки является создание устройства, позволяющего исследовать теплопроводность различных материалов, использующихся в производстве упаковочных материалов, проводить научно - исследовательские эксперименты и лабораторные работы по теплофизическим измерениям и применять полученные данные в исследовательских целях. Технический результат модели заключается в относительно быстром и точном получении данных по теплопроводности различных упаковочных материалов с возможностью автоматической регистрации результатов, что позволяет исследовать образцы различной толщины и выполненные из разного сырья.
Указанный технический результат достигается тем, что в переносной универсальной установке для определения теплопроводности материалов, содержащей термопары, отражатель тепла и тепло-улавливатель, соединенные с нагревателем, испытуемый образец, блок управления с переключателем, термометр с жидкокристаллическим экраном, блок питания, прижимной винт, штанги, прижимная подушка, теплоизоляция, согласно модели в качестве средства для измерения теплопроводности использованы термопары, электрически связанные с блоком питания, которые устанавливаются с разных сторон испытуемого образца, сверху на образец помещается отражатель тепла с канавкой для термопары, а снизу помещается теплоулавливатель с канавкой для термопары, вся конструкция фиксируется на прижимной подушке, которая крепится на штангах и сверху придавливается прижимным винтом, размещенным на корпусе с блоком управления.
Новыми элементами в переносной универсальной установке для определения теплопроводности тонкослойных материалов являются:
- установка отражателя тепла с канавкой для термопары;
- установка теплоулавливателя с канавкой для термопары;
- фиксация всей конструкции на штангах с прижимным винтом;
- компактное устройство, удобное в использовании при различных перемещениях.
Заявляемая переносная универсальная установка для определения теплопроводности тонкослойных материалов соответствует критериям «новизна», так как заявитель не выявил источники информации по патентной и научно-технической документации, включающие признаки, сходные или эквивалентные с отличительными признаками формулы полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунком, где изображена принципиальная схема установки. Предлагаемая переносная универсальная установка для определения теплопроводности материалов состоит из термопары 1, отражателя тепла 2 и теплоулавливателя 3, электрически связанных с нагревателем 4. Между отражателем тепла 2 и теплоулавливателем 3 с канавками, в которые вставляются термопары 1, помещается испытуемый образец 5. Данная конструкция помещается на прижимной подушке 6, установленной на штангах 7, и сверху фиксируется прижимным винтом 8. Теплоизоляция 9 препятствует потери тепла в окружающую среду. Блоком управления 10 с помощью переключателя 11 установка приводится в включенное и выключенное состояние. Измеренные данные фиксируются термометром с жидкокристаллическим экраном 12.
Предлагаемая переносная универсальная установка для определения теплопроводности тонкослойных материалов работает следующим образом. Под испытуемый образец 5 помещается термопара
1, которая укладывается в канавку отражателя тепла 2. На образец 5 сверху помещается теплоулавли-ватель 3, в канавке которого укладывается вторая термопара 1. Вся конструкция помещается на при-
жимной подушке 6, установленной на штангах 7, и сверху фиксируется прижимным винтом 8. Теплоизоляция 9 препятствует потери тепла в окружающую среду. Переключателем 11 блока управления 10 включают нагреватель 4, который подает тепло на отражатель тепла 2. Тепло подаваемое на испытуемый образец 5 и прошедшее через него фиксируется термопарами 1 на термометре с жидкокристаллическим экраном 12.
Рис. Переносная установка для определения теплопроводности твердых материалов
Полезная модель является «промышленно применимой», так как может использоваться при проведении научно-исследовательских экспериментов и лабораторных работ по теплофизическим измерениям теплопроводности твердых образцов.
Применительно к строительным материалам, образцы для определения теплопроводности изготавливают в виде пластины размером в плане от (20±1)'(20±1) мм до (30±1)'(30±1) мм и толщиной от (20±1) мм до (50±1) мм. Допускается изготавливать образцы в виде диска диаметром от (20±1) мм до (30±1) мм. За толщину образца принимают среднее арифметическое значение результатов всех измерений. Размеры образца измеряют линейкой с погрешностью не более 1 мм. Образцы волокнистых и сыпучих материалов помещают в рамку, изготовленную, в зависимости от температуры испытаний, из пластмассы, стеклотекстолита или керамики. Сыпучий материал засыпают с излишком в рамку, установленную на нижний термоэлемент прибора. Материал разравнивают, а излишек удаляют при помощи линейки. Далее образец или рамку с материалом устанавливают между термоэлементами. Расположение образца - горизонтальное. При горизонтальном расположении образца направление теплового потока - сверху вниз.
Устанавливают заданные значения температуры термоэлементов. Перепад температуры на поверхностях образца должен быть 10-30°С при средней температуре испытания образца от минус 40 до плюс 40°С. Допускается проведение испытаний при перепадах свыше 30°С при средней температуре испытания образцов более 40°С. После установления стационарного теплового состояния образца проводят в течение 30 мин последовательно десять измерений термо-ЭДС преобразователей теплового потока и температуры. Тепловое состояние образца считают стационарным, если три последовательных измерения термо-ЭДС от преобразователей теплового потока, производимые через каждые 10 мин, дают отклонения не более 5% их среднего значения. Испытание проводят при температуре нижнего термоэлемента (18±1)°С, верхнего - (30±1)°С. После установления стационарного теплового состояния образца проводят измерения теплового потока и температуры каждые 30 мин. Испытание считают законченным, если три последовательных измерения теплового потока дают отклонение не более 5% среднего значения. Теплопроводность в Вт/(м*К) вычисляют по формуле: X = ^-И)/(£-АТ), где дср - средняя плотность теплового потока, проходящего через образец, Вт/м2; И - толщина образца, м; £ -площадь области теплообмена, м2; АТ - перепад температур верхней и нижней поверхностей образца, °С.
Среднюю плотность теплового потока рассчитывают как среднее арифметическое значение плотности теплового потока. Предел допускаемой погрешности определения теплопроводности по данному методу - 7%.
Сущность метода заключается в создании теплового потока, направленного перпендикулярно к наибольшим сторонам плоского образца определенной толщины, измерении плотности стационарно-
го теплового потока и температур на противоположных гранях образца. Температура помещения, в котором проводят испытания, должна быть (22±5)°С. При определении теплопроводности сыпучих материалов максимальный размер гранул не должен превышать 20 мм. Образцы, имеющие разно-толщинность и отклонение от плоскостности более 0,5 мм, шлифуют. При теплопроводности выравнивание температур происходит при передаче тепла в одном материале от молекулы к молекуле, без изменения местоположения молекул. Тепло передается за счет энергии колебания лежащих ближе к источнику тепла и поэтому более сильно колеблющихся молекул к соседним слабее колеблющимся молекулам с помощью ударных процессов Хорошо проводят тепло твердые материалы с большой плотностью, особенно металлы. Плохо проводят тепло дерево, синтетические материалы, пористые строительные материалы. Жидкости и особенно газы тоже плохо проводят тепло, если конвекция затруднена. Материалы, плохо проводящие тепло, в строительстве называются теплоизоляционными материалами. Они применяются для уменьшения потерь энергии. Теплопроводность измеряется в Вт/(м- К).
Теплопроводность снижается тем сильнее,
• чем меньше плотность,
• чем более пористым является материал,
• чем меньше поры,
• чем меньше его влагосодержание.
Таким образом, разработанная установка для определения теплопроводности твердых образцов, например, материалов, используемых в производстве тары и упаковки самых различных вещей, может использоваться для определения теплопроводности различных строительных материалов и сыпучих материалов, например, изделий на стеновые панели и блоки из легких бетонов.
Литература
1. А.С. №1221567, МПК G01N25/18. - БИ № 12. - 1986.
2. А.С. №1561025, МПК G01N25/18. - БИ. №16. - 1990.
3. Паспорт к установке для испытания образцов строительных материалов на теплопроводность ИТ-1, МВ и ССО РФ. - ВСТИ. - 1989.
4. Патент №60728, МПК G01N25/18. - БИ. №3. - 2007.
Танганов Борис Бадмаевич, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой неорганической и аналитической химии, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.
Багаева Татьяна Васильевна, кандидат технических наук, кафедра неорганической и аналитической химии, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.
Бубеева Ирина Aлексеевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра неорганической и аналитической химии, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.
Ханхасаев Георгий Федотович, доктор технических наук, профессор, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.
Гармаев Владимир Чимит-Доржиевич, инженер, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в.
Tanganov Boric Badmaevich, Doctor of Chemistry, Professor, Head of Chair of Inorganic and Analytical Chemistry, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в.
Bagaeva Tatayna Vasilevna, candidate of technical sciences, Chair of Inorganic and Analytical Chemistry, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в.
Bubeeva Irina Alekseevna, candidate of technical sciences, аssociate professor , Chair of Inorganic and Analytical Chemistry, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в.
Khakhasaev Georgiy Fedotovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair of Inorganic and Analytical Chemistry, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в.
Garmaev Vladimir Chimit-Dorgievich, engineer, Chair of Inorganic and Analytical Chemistry, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в.
