1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 28519
(51) G01N 25/72 (2006.01)
G01N 25/18 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2012/0969.1
(22) 17.09.2012
(45) 15.05.2014, бюл. №5
(72) Топоров Виктор Иванович (KZ); Будадин Олег
Николаевич (RU)
(73) Товарищество с ограниченной
ответственностью "Системотехника"
(56) RU 2420730 C2, 10.06.2011
RU 2383008 C1, 27.02.2010
RU 2219534 C1, 20.12.2003
RU 2262686 C1, 20.10.2005
RU 2403562 C1, 10.11.2010
US 6132082 A, 17.10.2000
US 5292195 A, 08.03.1994
(54) СПОСОБ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ
ВЕЛИЧИНЫ ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ
МНОГОСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ В
РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Группа изобретений относится к области
измерительной техники. Способ включает
тепловизионное обследование многослойной
конструкции, сравнение теоретических и
полученных измерением результатов и выбор для
дальнейших расчетов значения теплопроводности из
числа заданных, которое может обеспечить условия
сравнения. Для этого на поверхность многослойной
конструкции устанавливают воздухонепроницаемую
пластину. Проводят измерения на двух областях
поверхности многослойной конструкции - в центре
области поверхности, закрытой
воздухонепроницаемой пластиной и вне области
воздухонепроницаемой пластины. Определяют
значения сопротивлений теплопередаче
многослойной конструкции в двух областях.
Определяют распределение сопротивления
теплопередаче по всей поверхности исследуемой
конструкции в произвольных координатах,
определяют коэффициент воздухообмена и
сопротивление воздухопроницанию. Устройство
включает датчики температуры и теплового потока,
тепловизионное устройство, два блока измерения
сопротивления теплопередаче, сумматор, блок
определения приведенного сопротивления
теплопередаче, блок определения распределения
сопротивления теплопередаче
воздухопроницаемости по поверхности, пороговое
устройство. Изобретения позволяют повысить
достоверность и производительность определения
качества исследуемого объекта и расширить область
применения.
(19)KZ(13)B(11)28519
35. 28519
35
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ измерения сопротивления
теплопередаче многослойной конструкции в
нестационарных условиях теплопередачи,
включающий тепловизионное обследование одной
из поверхностей многослойной конструкции,
сравнение теоретических и полученных измерением
результатов и выбор для дальнейших расчетов
значения теплопроводности из числа заданных,
которое может обеспечить условия сравнения,
отличающийся тем, что
- на поверхность многослойной конструкции
устанавливают воздухонепроницаемую пластину;
- одновременно проводят измерения на двух
областях поверхности - в центре области
поверхности, закрытой воздухонепроницаемой
пластиной, и вне области воздухонепроницаемой
пластины;
- последовательно измеряют в центре области
поверхности, закрытой воздухонепроницаемой
пластиной, значения температуры (Tн(ti))mn, (Tв(ti))mn
на противоположных сторонах конструкции с
временными интервалами τmн и τmв, соответственно,
в течение времени τиз и тепловой поток на
внутренней стороне конструкции (qв(tj))mn и на
наружной стороне конструкции противоположной
стороны (qн(tj))mn с временными интервалами τqв и τqн,
соответственно, последовательно во времени в
течение интервала времени τиз;
- последовательно измеряют значения
температуры (Tн(ti)), (Tв(ti)) на противоположных
сторонах многослойной конструкции в области с
координатами контура L(х,у) вблизи точки с
36. 28519
36
координатами (х0, у0), с временными интервалами
τmн и τmв, соответственно, в течение времени τиз и
тепловой поток на внутренней стороне конструкции
qв(tj) и наружной стороне конструкции на
противоположной стороны qн(tj) с временными
интервалами τqв и τqн, соответственно,
последовательно во времени в течение интервала
времени τиз, при этом интервал времени измерения
определяется следующим образом
τиз = {τ0; i×∆τиз}.
где
τ0 - начальное время измерения,
i = 1...М - номер интервала измерения,
∆τиз - период интервала измерения,
М - наибольший номер интервала измерения,
- накапливают по каждому интервалу измерений
τиз значения температуры Tн(ti), Tв(ti), (Tн(ti))mn,
(Tв(ti))mn на противоположных сторонах конструкции
и значения теплового потока qв(tj), qн(tj), (qв(tj))mn,
(qн((tj))mn;
- определяют значения сопротивлений
теплопередаче многослойной конструкции в
области воздухонепроницаемой пластины (Rmn) и в
точке контролируемого участка поверхности
многослойной конструкции с координатами (х0, у0)
для каждого интервала измерения:
{ } { }
{ } ∑∑
∑∑
=
=
=
=
=
=
=
=
+
−
= 43
21
00 43
00 21
))((
1
))((
1
)))((
1
))((
1
(2
)( Np
p
mnpн
Nk
k
mnkB
Nj
j
mnjH
Ni
i
mniB
imn
tq
N
tq
N
tT
N
tT
N
R
{ } { }
{ } ∑∑
∑∑
=
=
=
=
=
=
=
=
+
−
= 43
21
00 43
00 21
00
)(
1
)(
1
))(
1
)(
1
(2
),( Np
p
pн
Nk
k
kB
Nj
j
jH
Ni
i
iB
i
tq
N
tq
N
tT
N
tT
N
yxR
где N1 = целое число от τиз/τmв,
N2 = целое число от т τиз/τmн,
N3 = целое число от τиз/τqв,
N4 = целое число от τиз/τqн;
- измеряют М следующим образом на основании
определенных значений Ri:
;1]/)([ max111 +=⇒≤− ++ iMRRR ii γ
где
γmaх - предварительная заданная величина
изменения R=R(i);
- величины сопротивлений теплопередаче
принимают равными:
Rmn = (RМ)mn
R(x0, y0)Σ = RМ(x0, у0),
- тепловизионное обследование проводят путем
измерения температурного поля Т(х,у) поверхности
с пространственным периодом (шагом) ∆α,
определяемым размерами минимального дефекта
конструкции:
∆≤∆∆×
∆≤∆∆×
≤∆
minminmin
minminmin
если)3,0....2,0(
если)3,0....2,0(
ддд
ддд
хуу
ухх
α
где ∆хд min, ∆уд min - геометрические размеры
минимального дефекта контролируемой
конструкции;
- определяют распределение сопротивления
теплопередаче по всей поверхности исследуемой
многослойной конструкции в произвольных
координатах (х, у):
R(x,y)Σ = α Т(х,у) + b,
где
α[R(х01,у01) – R(х02,у02)]/[Т(х01,у01) – Т(х02, у02)]
b = R(х01,у01) - α Т(х01,у01);
- определяют распределение сопротивления
теплопередаче воздухопроницанию по всей
поверхности многослойной конструкции в
произвольных координатах (х, у):
RВП (х,у) = Rmn - RΣ (x,y)
и определяют коэффициент воздухообмена и
сопротивление воздухопроницанию:
kвп = l/Rmn - 1/ (RΣ(x,y))np [Bm /кв.м. /град].
G = kвп × 3600/Cp,
R=∆p/G,
где
kвп - коэффициент теплопередаче
воздухопроницаемости,
(RΣ(x,y))np - приведенное сопротивление
теплопередаче,
G - коэффициент воздухообмена (нормируемая
величина для строительных конструкций),
3600 - переводной коэффициент между часами и
секундами,
∆p - разность давления между наружным и
внутренним воздухом (см. далее),
Ср - теплоемкость воздуха изобарная (= 1010),
R - сопротивление воздухопроницанию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
геометрические размеры минимального дефекта
многослойной конструкции ∆хд min, ∆уд min измеряют
следующим образом:
- производят послойную препарацию образцов
многослойной конструкции,
- измеряют размеры всех дефектов,
содержащихся в образце, выявленных в результате
препарации: ∆хдi, ∆удi,
- определяют размеры минимального дефекта
многослойной конструкции ∆хд min, ∆уд min решая
систему уравнений:
−=∆∆
−=∆∆
∫
∫
∆
∆
min
min
0
0
1)()(
1)()(
Y
Х
ydyip
xdxip
δ
δ
где
δ - вероятность того, что (∆хдi, ∆удi,) ≥ (∆хд min,
∆удmin)
p(∆i) - функция распределения величин ∆хдi, ∆удi
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что
координаты контура исследуемой поверхности
37. 28519
37
многослойной конструкции определяют следующим
образом:
- измеряют разброс температурного поля по
различным участкам исследуемой поверхности по
результатам тепловизионного обследования с
точностью, определяемой величиной изменения
температуры ∆Тдеф, обусловленной минимальным
дефектом конструкции,
- по результатам проведенных измерений
определяют те участки поверхности L(х,у), в области
которых выполняется условие:
),(
Dy
ефmin
yxL
Нконстрч
TдТТмах
⇒
>
∆≤−
где
L(х,у) - контур области,
(х,у) - координаты контура области,
Тмах - наибольшая температура внутри области
L(х,у),
Tmin - наименьшая температура внутри области
L(х,у),
∆Тдеф - изменение температуры поверхности,
обусловленной минимальным дефектом,
Dyч - размер участка L(x,y) по исследуемой
поверхности,
Нконстр - толщина исследуемой многослойной
конструкции,
Нконстр = H1+H2 + ...+Нn,
n - количество слоев конструкции.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что
оптимальный интервал последовательного
измерения температуры (τтн) (τтв) и теплового потока
(τq) на исследуемой многослойной конструкции
определяют путем решения уравнения
∫∫
+
−−
=
2
2
2
2
)(
1
0
τ
η
τ
η
τ
τ
η
τ
dTTfdР
Т
где
f(T) - плотности распределения длительности во
времени информационного сигнала,
τ - временной интервал измерения,
Р - вероятность пропуска информационного
сигнала
Т0 - временная разрешающая способность
измерительных датчиков.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что
температурные поля и тепловой поток измеряют
датчиками температуры и теплового потока,
которые выполнены в виде контактных
микропроцессорных преобразователей температуры
и теплового потока соответственно.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что
координаты (х0, у0) определяют путем решения
системы уравнений:
⊆
= ∑∑
=
=
=
=
),()(
),(
11
)(
00
00
00
yxLyx
yjxiT
NL
yxT
Nj
j
Li
i
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что
дополнительно проводят тепловизионное
обследование наружной поверхности многослойной
конструкции.
8. Устройство для измерения сопротивления
теплопередаче многослойной конструкции в
нестационарных условиях теплопередачи,
включающее датчики температуры и теплового
потока и тепловизионное устройство,
отличающееся тем, что
содержит два блока измерения сопротивления
теплопередаче, сумматор, воздухонепроницаемую
пластину, установленную на одной из поверхностей
многослойной конструкции, блок определения
приведенного сопротивления теплопередаче, блок
определения распределения сопротивления
теплопередаче воздухопроницаемости по
поверхности, пороговое устройство;
блок измерения сопротивления теплопередаче
содержит счетчик времени измерения, блок
вычисления сопротивления теплопередаче Ri, блок
вычисления сопротивления теплопередачи Ri+1, блок
вычисления изменения сопротивления
теплопередаче γ, блок сравнения изменения
сопротивления теплопередаче γ и максимального
изменения сопротивления теплопередаче γтах, блок
присвоения сопротивления теплопередаче и счетчик
периодов времени,
при этом первый и второй датчики температуры
и первый и второй датчики теплового потока
расположены на воздухонепроницаемой пластине и
противоположной ей поверхности многослойной
конструкции соответственно, а третий и четвертый
датчики температуры и третий и четвертый датчики
теплового потока расположены на
противоположных сторонах участка многослойной
конструкции без воздухонепроницаемой пластины,
выходы первого и второго датчиков температуры и
первого и второго датчиков теплового потока
подключены к входам первого блока измерения
сопротивления теплопередаче, а выходы третьего и
четвертого датчиков температуры и третьего и
четвертого датчиков теплового потока подключены
к входам второго блока измерения сопротивления
теплопередаче, выход первого блока измерения
сопротивления теплопередаче подключен к первому
входу сумматора, выход второго блока измерения
сопротивления теплопередаче подключен к первому
входу блока определения распределения
сопротивления теплопередаче по поверхности
многослойной конструкции, к второму входу
которого подключен выход тепловизионного
устройства, тепловизионное устройство установлено
с возможностью контроля поверхности
конструкции, выход блока определения
распределения сопротивления теплопередаче по
поверхности контролируемого многослойной
конструкции подключен к второму входу
сумматора, выход сумматора подключен
одновременно к входу порогового устройства и
входу блока определения приведенного
сопротивления теплопередаче
воздухопроницаемости, к второму входу которого
подключен выход тепловизионной системы;
38. 28519
38
при этом в первом и втором блоках измерения
сопротивления теплопередаче выходы датчиков
температуры и теплового потока подключены
соответственно к первому и второму входам
счетчика времени измерения и первым входам
блоков вычисления сопротивления теплопередаче Ri
и Ri+1, выходы блоков сопротивления теплопередаче
Ri и Ri+1 подключены к входам блока вычисления
изменения сопротивления теплопередаче γ, выход
блока вычисления изменения сопротивления
теплопередаче γ подключен к входу блока
сравнения изменения сопротивления теплопередаче,
первый выход блока сравнения изменения
сопротивления теплопередаче подключен к входу
счетчика периодов времени, выход которого
подключен к входу счетчика времени измерения,
второй выход блока сравнения изменения
сопротивления теплопередаче подключен
одновременно к входу тепловизионного устройства
и входу блока присвоения сопротивления
теплопередаче, выход которого подключен к
первому входу блока вычисления приведенного
сопротивления теплопередаче, ко второму входу
которого подключен выход тепловизионного
устройства.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что
датчики температуры и теплового потока
выполнены в виде контактных микропроцессорных
преобразователей температуры и теплового потока
соответственно.
10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что
воздухонепроницаемая пластина выполнена из
воздухонепроницаемого материала, например,
металлической фольги, с размерами не менее
толщины многослойной конструкции, толщина
воздухонепроницаемой пластины составляет не
более 0,01 от толщины многослойной конструкции,
а теплопроводность пластины - не менее чем в 100
раз превышает теплопроводность многослойной
конструкции.
