изучение метода мгновенного источника тепла и устройства для

Лабораторная работа №4
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА МГНОВЕННОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА И
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: Изучить теоретические основы метода мгновенного источника тепла, а
также устройство автоматизированного лабораторного стенда.
Задание: Определить теплофизические характеристики полиметилметакрилата.
Методические указания
Перед началом выполнения лабораторной работы следует изучить
материал параграфа 5.2 монографии [1].
Описание лабораторной установки
Функциональная схема лабораторной установки изображена на рис. 1.
Линейный источник тепла (нагреватель) размещен в образце из
полиметилметакрилата. Образец имеет форму куба со стороной 150 мм, и для
упрощения математической модели температурного поля будем считать его
неограниченным телом. При этом допущении температура в каждой точке
зависит только от расстояния r до нагревателя. Сопротивление нагревателя
равно
3,5 Ом, последовательно с ним для ограничения тока включен
балластный резистор, имеющий сопротивление
Rбалл = 6 Ом. Через
нормально разомкнутый контакт реле К нагреватель подключен к блоку
питания. На расстоянии R=4 мм от нагревателя размещена обмотка из медной
проволоки, выполняющая функцию термопреобразователя сопротивления.
Обмотка включена в мостовую измерительную схему, в одно из плеч которой
включен также магазин сопротивлений R3, позволяющий производить
коррекцию напряжения разбаланса моста при изменении температуры
окружающей среды. Это напряжение разбаланса через усилитель
постоянного тока поступает на аналоговый вход платы сбора данных PCI911DG фирмы ADLINK. Таким образом, в процессор персонального
компьютера поступает цифровой эквивалент температуры T(R,) образца.
Для обработки измерительного сигнала и формирования дискретного
выходного сигнала на катушку реле K разработана программа
на
графическом языке LabView. Кроме управления лабораторным стендом и
обработки экспериментальных данных программа позволяет регистрировать
и выводить на экран монитора в табличном виде зависимость T(R,).
Определив по этой зависимости максимальное значение температуры и
соответствующее ему значение времени, можно рассчитать теплофизические
характеристики исследуемого образца.
Рис. П6.1- Функциональная схема лабораторной установки
Порядок выполнения эксперимента
1. Включить персональный компьютер. В адресной строке Интернетбраузера ввести следующий идентификатор WEB-страницы:
http:\\82.179.148.50\Mit.htm;
2. После вывода лицевой панели управления стендом (см. рис. П6.2)
в окно браузера, поместить курсор мыши на панель и нажатием
правой кнопки мыши вызвать контекстное меню, в котором
следует выбрать команду «Request Control of VI» (Предоставить
управление виртуальным прибором).
3. Установить на задатчике лицевой панели управления
лабораторным стендом продолжительность теплового импульса в
интервале от 1 до 5 с.
4. При установившемся значении температуры в образце,
измеренной при помощи термопреобразователя, нажать кнопку
«Пуск» лицевой панели. При этом контакт реле К на заданное
время подключит нагреватель к блоку питания.
5. Нажать кнопку «Стоп» когда температура достигнет максимума и
станет уменьшаться. При этом в таблице «Экспериментальные
данные» появятся значения зависимости Т(R, ).
6. По таблице определить значения max .
7. Определить значение Tmax= T(R, max)- Т(R, 0).
8. Произвести расчет значений a,  и c исследуемого материала
согласно методике, изложенной в параграфе 5.2 [1].
9. Дождавшись установления нового стационарного режима,
повторить эксперимент 2-3 раза. Экспериментальные и расчетные
данные при этом необходимо записывать в таблицу 1
Рис.2 - Панель управления лабораторным стендом
1
2
3
с, Дж/(м3К)
а,м2/с
, Вт/(мК)
а

Tmax,K
max, с
0,с
Qл=P0,Втс/м
P, Вт/м
Rбалл, Ом
U, В
R, мм
n
Rнагр, Ом
Таблица 1. Экспериментальные и расчетные данные
Содержание отчета
1.
2.
3.
4.
Название работы, цель, задание.
Расчетные формулы с пояснениями.
Рисунок 1.
Таблица 1.
Контрольные вопросы
1. Запишите математическую модель температурного поля в образце.
2. Поясните смысл граничных условий в математической модели.
3. Какие особенности образца не учитывает математическая модель
температурного поля.
4. Выведите расчетные зависимости для теплопроводности и
теплоемкости образца.
5. Для чего в расчетные зависимости вводятся поправки.
6. Объяснить устройство термопреобразователя сопротивления.
7. Объяснить устройство экспериментальной установки.
8. Какую функцию выполняет плата сбора данных.
9. Объяснить порядок проведения эксперимента.
10.Как изменится значение
Tmax при увеличении или уменьшении
теплопроводности образца.
11.Как изменится значение max при увеличении или уменьшении
температуропроводности образца.
Литература
1. Теоретические и практические основы теплофизических измерений: Монография /
С.В. Пономарев, С.В. Мищенко, А.Г. Дивин, В.А. Вертоградский, А.А. Чуриков. – М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 408 с.