Устройство для измерения характеристического времени процесса теплопередачи

Устройство для измерения характеристического времени процесса теплопередачи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретениа касается тепловых измерений. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Импульсный источник нагрева 1 нагревает образец. Датчик начала импульсного нагрева 2 выраЬатб&ает сигнал Пуск, который поступает на R-вход RS-триггера 14, вьпсодной сигнал которого разрешает прохождение импульсов счета через схему И 16. Измеритель температуры 3 регистрирует нарастание температуры . со стороны образца противоположной нагреву. Выходной сигнал измерителя температуры 3 (U) поступает на входы усилителей 4 и 7 основного и дополнительных каналов, проходит через дифференциаторы 5 и 8 каждого из каналов на входы экстрематоров 6 и 9. В зависимости от амплитудно-временных параметров сигнала Ug сигнал Стоп формируется в одном из каналов и через схему ИЛИ 13 поступает на S-вход триггера 14, выходной сигнал которого после поступления сигнала Стоп запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 через схему И 16 на вход счетчика 17. Показания счеТчика соответствуют характеристическому времени процесса теплопередачи и фиксируются на индикаторе 18. 3 ил. Ш (Л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

22 2 А1 (19) (11) (Ю 4 G 01 К 17/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:Ь

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4197035/31-10 (22) 23.02.87 (46) 07.0 .88. Бюл. 11 33 (72) В.Г. Бобков, В.П. Вавилов, В.Г. Гладкова, А.И. Иванов, В.А. Иващенко и В.В. Ширяев (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 621995, кл. С 01 N 25/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 913196, кл. G 01 N 25/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ (57) Изобретение. касается тепловых измерений. Целью изобретения является расширение функциональных возмож.ностей устройства. Импульсный источник нагрева 1 нагревает образец. Датчик начала импульсного нагрева 2 вырабатйвает сигнал "Пуск", который поступает на R-вход RS-триггера 14, выходной сигнал которого разрешает прохождение импульсов счета через схему И 16. Измеритель температуры 3 регистрирует нарастание температуры . со стороны образца противоположной нагреву. Выходной сигнал измерителя температуры 3 (U ) поступает на входы усилителей 4 и 7 основного и дополнительных каналов, проходит через дифференциаторы 5 и 8 каждого из каналов на входы экстрематоров 6 и 9..

В зависимости от амплитудно-временных параметров сигнала U сигнал

"Стоп" формируется в одном из каналоФ и через схему ИЛИ 13 поступает на

S-вход триггера 14, выходной сигнал которого после поступления сигнала

"Стоп" запрещает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 через схему И 16 на вход счетчика 17.

Показания счетчика соответствуют характеристическому времени процесса теплопередачи и фиксируются на индикаторе 18, 3 ил.

1422026

Изобретение относится к тепловым измерениям и -может быть использовано для определения коэффициента температуропроводности материалов, а также в тепловом неразрушающем контроле °

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — хронологические термограммы

Контролируемых образцов (а) и выходные сигналы дифференциаторов основно- 15 го (б) и дополнительных каналов (в,г); на фиг, 3. — частотные характеристики реальных дифференциаторов основного и дополнительных каналов.

Устройство для измерений характеристического времени процесса теплопередачи содержит импульсный источник 1 нагрева, датчик 2 начала им" пульсного нагрева, измеритель 3 температуры с усилителем 4, дифференциа- 25 тор 5, экстрематор 6, Нканалов, каждый из которых содержит усилитель 7, дифференциатор 8, экстрематор 9, схему И 10, компаратор 11 и RS-триггер

12, схему ИЛИ 13, RS-триггер 14, генератор 15, схему И 16, счетчик 17, индикатор 18 и образец 19.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный источник 1 нагрева, например лампа-вспышка, производит нагрев образца 19. Изменение температуры обратной поверхности образца регистрируется измерителем температуры

3, напРимеР ИК-Радиометром. Сигнал 40

"Пуск" формируется датчиком 2 начала импульсного нагрева путем регистрации потока нагрева от импульсного источника 1 нагрева. Хронологическая термограмма с выхода измерителя 3 температуры поступает на входы усилителя 4 основного канала и усилителей 7 каждого из N каналов, дифференцируется дифференциатором 5 основного канала и дифференциаторами 8 каждого из N каналов. Экстрематоры 6 и 9 вырабаты50 вают сигналы "Стоп" в момент максиму" ма первой производной температурной кривой. Так .как сигнал с выхода измерителя температуры 4 поступает одновременно на входы основного и допол55 нительно введенных каналов, то начиная с i-ro канала на выходах усилителей 7 этих каналов появляется сигнал с ограничением и экстрематоры 9 этих каналов вырабатывают сигнал "Стоп" раньше наступления максимума первой производной температурной, кривой.

Для исключения этих сигналов в каждый канал введены схемы защиты, содержащие компаратор ll, RS-триггер 12 и схему И 10. Сигнал с выхода дифференциатора 9, превышающий пороговый уровень U (áëèçêèé к уровню ограничения), вызывает переключение компаратора 11, выходной уровень которого переключает триггер 12 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение сигнала "Стоп" через схему И 10. Возврат триггера 12 в состояние логической "1" происходит после нажатия кнопки "Сброс".

Таким образом, на вход схемы ИЛИ

13 поступают сигналы "Стоп" с выходов экстрематора 6 основного канала и экстрематора 9 через схемы И 10 i-1 канала, которые либо соответствуют моменту максимума первой производной, либо запаздывают относительно этого момента. Опережающие сигналы "Стоп" с i-ro no N-й канал не проходят на схему ИЛИ 13.

Измеритель временного интервала, содержащий RS-триггер 14, генератор

15, схему И 16, счетчик 17 и индикатор 18, включается сигналом "Пуск" с выхода датчика 2 следующим образом.

Сигнал "Пуск" переводит RS-триггер

l4 в состояние логической "1", котоРое разрешает прохождение импульсов счета с выхода генератора 15 на вход счетчика 17. Останов счета производится следующим образом., Сигнал

"Стоп" с выхода схемы ИЛИ 13 переводит триггер 14 в состояние логического "0", которое запрещает прохождение импульсов счета на вход счетчика

17. Состояние счетчиков индицируется цифровым индикатором 18. Сброс счетчика производится нажатием кнопки "Сброс".

Амплитуда сигнала с выхода измерителя 3 температуры обратно пропорциональна толщине при постоянном значении коэффициента температуропроводности а (фиг. 2а, кривые 20,21,22).

С ростом толщины образца 1 увеличивается значение характеристического времени, в качестве которого выбран момент максимума первой произ- водной сигнала 7 (хронологической термограммы). з 142

Таким образом, увеличение толщины образца 1 ведет к увеличению значения характеристического времени и сдвигу спектра. сигнала Ч в низкочастотную область ° Поскольку амплитудно-частотная характеристика реального дифференциатора (фиг.3) линейно спадает

I с уменьшением частоты сигнала, то амплитуда сигнала после дифференцирова1 ния Ч будет уже обратно пропорцио нальна квадрату толщины образца (фиг. 26). Точность формирования сигнала "Стоп" экстрематором, соответствующего моменту, определяется величиной отношения сигнал/шум после дифференциатора. Максимальное значение этого отношения, а следовательно и точность срабатывания экстрематора достигается у сигналов (образцов), для которых выполняется условие

52 — = (1) Ъ где Д вЂ” верхняя граничная частота дифференциатора.

Поэтому для расширения диапазона измеряемых характеристических времен с высокой точностью (например, при увеличении толщины образцов) необходимо вводить дополнительные каналы определения, аналогичные основному, для которых выполняется условие (1) .

Поскольку каждый дополнительный канал, вводимый для измерения больших значений (больших толщин образ1 цов), принимает сигнал V - -—, то

его необходимо усиливать, причем чем больше С,„, тем больше должно быть усиление этого сигнала в канале.

После прохождения сигнала Ч (1)) через дифференциатор основного канала (фиг. 26, кривая 23) формируется сигнал "Стоп" экстрематором этого канала. Во всех остальных каналах сиг нал V> (Ь|) на выходе дифференциатора ограничен по амплитуде (фиг. 2в,г, кривые 24, 25) из-за большего усиления сигнала V, но сформированные сигналы "Стоп" экстрематорами дополнительных каналов (опеража1ощие достоверный сигнал Стоп ) заблокированы схемами И дополнительных каналов.

В случае прохождения сигнала V с па" раметром с. большим, чем максимальное значение (L ) основного канала, экстрематор основного канала не сможет сформировать сигнал "Стоп", 2026

Истинный сигнал "Стоп" формируется экстрематором одного из дополнительных каналов. Для сигнала V (L ) (фиг. 2а, кривая 21) сигнал "Стоп"

5 формируется в момент ь, (фиг. 2в, / кривая 27), для сигнала V (L,) — в момент Т,„ (Ь ) и т.д. На фиг. 2 и 3 показаны кривые 26, 28-34.

Основной канал позволяет измерять характеристическое время в диапазоне

20-100 мс. Введение дополнительных каналов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен до

600 ис (для двух дополнительных каналов) и до 1,8 с (для трех дополнительных каналов).

Таким образом, совокупность предложенных дополнительных каналов и их объединение в устройстве позволяет расширить диапазон измеряемых характеристических времен, номенклатуру контролируемых материалов и диапазон толщин образцов.

Формула изобретения

Устройство для измерения характеристического времени процесса тепло- . передачи, содержащее импульсный источник нагрева, последовательно соединенные измеритель температуры, уси36 литель, дифференциатор и экстрематор, состоящий из второго дифференциатора и нуль-органа, RS-триггер и измери тель временного интервала, содержащий датчик начала импульса нагрева и последовательно соединенные генератор, схему И, счетчик и индикатор, причем выход датчика начала импульса нагрева подключен к R-входу RS-триггера, выход RS-триггера связан с вторым входом схемы И, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введены N каналов, каждый иэ .которых содержит последовательно соединенные усилитель, дифференциатор и экстрематор, компаратор, первый вход которого подключен к выходу дифференциатора, RS-триггер канала, R"âõîä которого связан с выходом компаратора, схему И, первый вход кото55 рой соединен с выходом экстрематора, ;а второй — с выходом RS-триггера ка нала, причем выходы схемы И каждого из N каналов и выход первого экстре5 142 матора через схему ИЛИ подключены к S-входу RS-триггера устройства, вторые входы компараторов подключены к общему источнику опорного напряжения, а кнопка "Сброс" соединена с

2026 6

S-входами RS-триггеров каждого из N каналов и входом предустановки счетчика, входы усилителей Я каналов подключены к выходу измерителя темпера5 туры.