Метод и средства измерения плотности теплового потока в грунте на основе многозонного термопреобразователя сопротивления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Никитин Кирилл Андреевич

• Никитин Кирилл Андреевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Никитин Кирилл Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

1.1 Классификация методов измерения плотности теплового потока

1.2 Методы измерения плотности теплового потока

1.2.1 Калориметрический метод

1.2.2 Электрометрический метод

1.2.3 Градиентный метод

1.3 Градиентные датчики плотности теплового потока

1.4 Приборы для измерения плотности теплового потока

1.5 Метрологическое обеспечение средств измерения плотности теплового потока

1.6 Постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ГРУНТЕ МНОГОЗОННЫМ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ СОПРОТИВЛЕНИЯ

2.1 Обоснование метода и определение требований к первичному преобразователю плотности теплового потока

2.2 Обоснование выбора конструкции первичного преобразователя плотности теплового потока погружаемого типа

2.3 Нестационарный метод измерения теплопроводности грунта

2.4 Электротепловое моделирование первичного преобразователя плотности теплового потока цилиндрической конструкции и определение требований к измерительной системы

Выводы по главе

ГЛАВА 3. СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО

ПОТОКА В ГРУНТЕ

3.1 Обоснование требований к измерительной системе

3.2 Разработка структурной схемы измерительной системы

3.3 Схемотехника каналов измерения температуры и теплопроводности

3.4 Методика идентификации измерительных каналов

3.5 Программное обеспечение измерительной системы

3.6 Экспериментальные исследования метрологических характеристик измерительной системы

Выводы по главе

ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

4.1 Разработка конструкции теплометрической установки источника теплового потока и ее электротепловое моделирование

4.2 Регулятор температуры лабораторного источника теплового потока

4.3 Обоснование выбора алгоритма автоматического регулирования

4.4 Экспериментальные исследования метрологических характеристик управляющей системы

4.5 Экспериментальные исследования первичного преобразователя плотности теплового потока погружаемого типа

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

Приложения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

ДН - датчик-нагреватель;

ЕМР - единица младшего разряда;

ИИС - информационно-измерительная система;

ИС - измерительная система;

КЦ - коммутирующая цепь;

КПВ - коэффициент подавления влияния;

МК - микроконтроллер;

МНК - метод наименьших квадратов;

НУ - нормирующий усилитель;

ОУ - операционный усилитель;

ООС - отрицательная обратная связь;

ПК - персональный компьютер;

ПО - программное обеспечение;

ПП - промежуточный преобразователь;

П - пропорциональный регулятор;

ПИ - пропорционально-интегральный регулятор;

ПИД - пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор;

ППР - первичный преобразователь;

СТ - стабилизатор температуры;

СКО - среднеквадратичное отклонение;

ТМУ - теплометрическая установка;

ТПС - термопреобразователь сопротивления;

ТФП - теплофизические параметры;

УУ - устройство управления;

ФНЧ - фильтр низкой частоты;

ЦАП - цифроаналоговый преобразователь;

ЧЭ - чувствительный элемент;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод и средства измерения плотности теплового потока в грунте на основе многозонного термопреобразователя сопротивления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Исследования теплофизики грунтов и тепловых процессов в них актуальны в различных сферах деятельности человека, начиная от научных исследований, например, в области изучения тепловых процессов, обусловленных рассеянием тепла ядра земли, и заканчивая решением практических задач, например, при строительстве зданий и сооружений в зонах вечной мерзлоты, при прокладке трубопроводов, в сельском хозяйстве и других.

В связи с ростом цен на энергоносители и политикой государства, направленной на экономное использование топливно-энергетических ресурсов, актуальна проблема снижения потерь при транспортировке теплоносителей по трубопроводам.

Теплопотери при транспортировке теплоносителей снижают эффективность энергоснабжения. Для ее повышения, в первую очередь, необходимо проводить энергоаудит, определенный законом РФ [74], указом президента [73] и постановлениями правительства [62]. Для оценки теплопотерь на теплотрассах нужны измерительные средства, к которым, в частности, могут быть отнесены измерители плотности теплового потока в грунте. Причем, учитывая влияние на тепловой поток в приповерхностных слоях грунта температуры воздуха и других атмосферных факторов, необходимо измерять тепловой поток внутри грунта на определенной глубине.

Выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью датчики теплового потока и измерительные системы на их основе [9, 51, 53, 60, 75, 86, 88, 89, 90, 91, 92] предназначены для измерений поверхностной плотности потока и не могут быть использованы для проведения измерений в объеме грунта, так как геометрическая форма датчиков не позволяет погружать их в грунт. Таким образом, актуальной является разработка метода, первичного преобразователя и системы, которые позволяли бы оперативно измерять плотность теплового потока, вводя датчик в грунт.

Степень разработанности темы. Для измерений плотности теплового потока используются различные методы, основы теории которых изложены в рабо-

тах Нуннера В. [95], Стюшина Н. Г. [71], Перри К. П. [96], Лельчука В. Л. [32], Витте А. Б. и Харпера Е. [100], Кузнецова Л. А. [29], Сергиевской Т. Г. [72], Мальцева В. В. [36], Питса и Лепперта [2] и других. Наиболее перспективным для измерений рассматривается градиентный метод, основанный на законе теплопроводности Фурье.

Именно он чаще всего используется в коммерческих приборах и системах. Этот метод применяется для измерения фонового теплового потока земли [12, 85, 87, 93, 97]. При этом бурится скважина, извлекается шурф грунта, в скважину опускаются датчики для измерения градиента температуры, а теплопроводность грунта определяется по фрагменту шурфа в лабораторных условиях. Данная модификация метода не может быть использована при проведении энергоаудита теплотрасс из-за сложности реализации.

Работа соответствует приоритетному направлению развития науки и техники Российской Федерации «Энергоэффективность и энергосбережение» и способствует развитию критических технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии», выполнена при поддержке грантами в рамках Программы стратегического развития и проекта № 3.751.2014/К госзадания Минобрнауки РФ на 2014-2016 гг. в ИжГТУ имени М.Т. Калашникова".

Объектом диссертационного исследования является градиентный метод измерения плотности теплового потока.

Предмет исследования - информационное, методическое, программно-алгоритмическое и аппаратное обеспечение измерений плотности теплового потока в объеме грунта для проведения энергоаудита теплотрасс.

Цель работы - разработка метода и средств измерения плотности теплового потока в объеме грунта от внутренних источников теплоты на основе многозонного термопреобразователя сопротивления, обеспечивающих повышение точности и оперативности измерений.

В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены следующие задачи:

1. Обоснование метода измерений и типа первичного преобразователя плотности теплового потока.

2. Определение требований к измерительной системе. Разработка и исследование системы измерений плотности теплового потока в грунте.

3. Разработка компонентов метрологического обеспечения измерительной системы.

4. Проведение экспериментальных исследований первичного преобразователя и системы в лабораторных и полевых условиях.

Научная новина работы:

1. Установлено, что для измерения плотности теплового потока в грунте от внутренних источников тепла, таких как теплотрассы, для исключения влияния суточных колебаний температуры окружающего воздуха и других факторов необходимо заглублять первичный преобразователь в грунт не менее, чем на 0,5 м.

2. Предложена, обоснована, и исследована модификация градиентного метода измерения плотности теплового потока в грунте, основанная на применении трехзонного термопреобразователя сопротивления цилиндрической конструкции, позволяющая оперативно при введении термопреобразователя в грунт последовательно измерять градиент температуры, теплопроводность грунта и производить расчет плотности теплового потока.

3. Предложен новый тип первичного преобразователя плотности теплового потока в виде трехзонного термопреобразователя сопротивления цилиндрической конструкции, в котором чувствительные элементы из медного микропровода выполнены в виде однослойных, разнесенных по длине термопреобразователя, катушек, непосредственно примыкающих к внутренней поверхности защитной трубки, обладающего малой инерционностью, малым в радиальном и большим в осевом термическими сопротивлениями.

4. Разработаны линейные модели и методика идентификации измерительных каналов системы измерения плотности теплового потока в грунте с использованием эталонов сопротивлений и градуировочных характеристик термопреобразователей сопротивления.

5. Разработан лабораторный источник теплового потока с применением многозонного многоканального стабилизатора температуры с совмещенными нагревателями и датчиками температуры в виде термопреобразователей сопротивления, предназначенный для градуировки и поверки первичных преобразователей плотности теплового потока погружаемого типа и системы на их основе, который является неотъемлемой частью метрологического обеспечения измерений.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Доказана возможность реализации градиентного метода измерения плотности теплового потока в объеме грунта на основе применения трехзонного термопреобразователя сопротивления, в котором два чувствительных элемента используются для измерения градиента температуры, а третий, расположенный между ними - для измерения теплопроводности грунта динамическим методом линейного источника тепла. Показаны возможность и особенности реализации основного компонента метрологического обеспечения измерений - лабораторного источника теплового потока с рабочей зоной в виде удлиненного цилиндра - с применением многоканального стабилизатора температуры.

Разработаны конструкция первичного преобразователя погружаемого типа, схемотехника измерительной системы на его основе и ее программное обеспечение, предназначенные для измерения плотности теплового потока в объеме грунта в полевых условиях.

Разработана конструкция теплометрической установки, схемотехника системы управления и программное обеспечение лабораторного источника теплового потока, предназначенного для градуировки и поверки первичного преобразователя плотности теплового потока погружаемого типа.

Методология и методы исследования основаны на теории теплопроводности, электротепловой аналогии, математическом компьютерном моделировании, теории погрешностей, математической статистике, лабораторных и натурных экспериментах. При получении, обработке и оформлении результатов использованы

компьютерные программы Micro-Cap, Mathcad, C++ и приложения Microsoft Office.

Положения, выносимые на защиту:

1. При измерениях плотности теплового потока в грунте от внутренних источников тепла, таких как теплотрассы, для исключения влияния суточных колебаний температуры окружающего воздуха необходимо заглублять первичный преобразователь в грунт не менее, чем на 0,5 м.

2. Градиентный метод, основанный на последовательном измерении градиента температуры и теплопроводности грунта с помощью многозонного термопреобразователя сопротивления цилиндрической конструкции погружаемого типа позволяет измерять плотность теплового потока в объеме грунта от внутренних источников теплоты.

3. Первичный преобразователь плотности теплового потока в объеме грунта реализуется в виде трехзонного термопреобразователя сопротивления, в котором две зоны используются для измерения градиента температуры в грунте, а третья зона, расположенная между ними - для измерения теплопроводности грунта. При этом для снижения методической погрешности измерений и инерционности преобразователя необходимо обеспечить малое в радиальном и большое в осевом термические сопротивлений между чувствительными элементами и средой, для чего последние должны быть выполнены в виде однослойных, разнесенных по длине термопреобразователя, катушек, непосредственно примыкающих к внутренней поверхности защитной трубки.

4. Измерительная система с трехзонным термопреобразователем сопротивления цилиндрической конструкции, принципы ее построения, модели и методика идентификации ее измерительных каналов позволяют производить измерения плотности теплового потока в объеме грунта в полевых условиях и в реальном

Л

масштабе времени с разрешением по плотности потока не хуже 0,1 Вт/м .

5. Для градуировки и поверки измерительной системы может быть использован лабораторный источник теплового потока, в котором теплометрическая установка представляет собой удлиненный цилиндр и заполнена сухим промы-

тым речным песком, а система управления плотностью теплового потока выполнена в виде многоканального стабилизатора температуры с взаимосвязанными блоками автоматического регулирования и совмещенными датчиками температуры и нагревателями в виде термопреобразователей сопротивления.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математических методов, проверкой адекватности предложенных моделей, подтверждением теоретических выводов методами математического моделирования и экспериментальными исследованиями, воспроизводимостью экспериментальных результатов, оценками погрешностей измерений.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждались на выставках и конференциях: VII выставке сессии инновационных проектов Республиканского молодежного форума (г. Ижевск, 15-16 октября 2009 г, диплом I степени); Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, посвященной 25-летию кафедры Приборы и методы контроля качества (г. Ижевск, 2010 г); Научно-технической конференции факультета «Информатика и вычислительная техника» «Информационные технологии в науке, промышленности и образовании» (Ижевск, 2010 г.); Научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых «Молодые ученые -ускорению научно-технического прогресса» (г. Ижевск, 15-18 марта 2010 г.); X выставке сессии инновационных проектов II республиканского молодежного инновационного форума (г. Ижевск, 23-24 ноября 2010 г., диплом I степени); VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образования и производства» (г. Ижевск, 15-17 ноября 2011 г); Третьем международном форуме молодых ученых «Education Quality - 2012» (г. Ижевск, 20-22 февраля 2012 г); Республиканской молодежной инновационной выставке-сессии «Наука, инновации» (г. Ижевск, 2729 ноября 2012г, диплом I степени); Научно-технической конференции факультета «Информатика и вычислительная техника» «Информационные технологии в науке, промышленности и образовании» (Ижевск, 2012 г.); II Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с

международным участием, посвященная 60-летию ИжГТУ имени М. Т. Калашникова «Измерение, контроль и диагностика - 2012» (г. Ижевск, 14-16 мая 2012 г); VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященная 60-летию ИжГТУ имени М. Т. Калашникова «Приборостроение в 21 веке» (г. Ижевск, 14-16 ноября 2012 г); Региональной очно-заочной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, промышленности и образовании» (г. Ижевск, 18 мая 2013 г); XI международной научно-технической конференеции «Instrumentation Engineering, Electronics and Telecommunications - 2015» (г. Ижевск, 25-27 ноября, 2015 г.).

Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 24 работах: из них шесть работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ, одиннадцать - в сборниках научных трудов и материалов конференций. Получено шесть свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ. Получен патент на полезную модель № 129635 «Термопреобразователь сопротивления» и патент на изобретение №2533755 «Термопреобразователь сопротивления (варианты) и способ его изготовления».

Личный вклад автора. Оригинальные исследования, представленные в диссертации, выполнены автором лично.

Выбор приоритетов, направлений, методов исследований, обсуждение результатов, формирование структуры работы выполнены при активном участии научного руководителя.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, экспериментально проверены работоспособность и эффективность системы, что подтверждено актами внедрения и испытания.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 171 странице машинописного текста. В работу включены 96 рисунков и 39 таблиц, список литературы содержит 100 наименований, в приложениях представлены акты об использовании результатов диссертационной работы и проведении испытаний измерительной системы в полевых условиях.

В первой главе работы представлена классификация и проведен анализ методов измерений плотности теплового потока. Обозначены достоинства и недостатки существующих методов и систем. В качестве перспективного для проведения измерений в грунте определен градиентный метод, который обладает высокой точностью и относительной простотой реализации измерительной схемы и вторичного оборудования. Показано, что актуальной является разработка модификации градиентного метода, основанной на применении первичного преобразователя теплового потока, конструкция которого позволяла бы вводить его в грунт, например, методом прокалывания, и измерительной системы на его основе [39]. Сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке модификации градиентного метода и первичного преобразователя для измерения плотности теплового потока в грунте.

Предложена модификация градиентного метода, заключающаяся в последовательном измерении градиента температуры в двух точках грунта и его теплопроводности, с последующим расчетом плотности теплового потока по градуиро-вочной функции первичного преобразователя. Показано, что для реализации данного метода первичный преобразователь теплового потока должен состоять из трех чувствительных элементов, два из которых используются для измерения градиента температуры в грунте, а один - для измерения теплопроводности. Для обеспечения максимальной точности измерения градиента температуры и минимизации аппаратных затрат предложено в качестве чувствительных элементов первичного преобразователя использовать термопреобразователь сопротивления на основе медного микропровода с линейной градуировочной характеристикой. Причем, первичный преобразователь теплового потока должен обладать минимальным термическим сопротивлением в радиальном направлении, и максимальным - в направлении оси симметрии.

Для проверки возможности использования предложенного метода использован метод моделирования тепловых процессов на основе электротепловой аналогии. По результатам моделирования установлено, что для снижения влияния изменений условий окружающей среды на результаты измерений плотности теп-

лового потока в грунте необходимо заглублять первичный преобразователь в грунт не менее чем на 0,5 м. Определены собственные термические сопротивления датчика в радиальном и осевом направлениях. Показано, что собственная инерционность первичного преобразователя теплового потока позволяет использовать его для измерений как стационарных, так и не стационарных тепловых потоков.

На основе моделирования получены линейные зависимости плотности теплового потока в грунте от измеренного значения разности температуры, и теплопроводности, заложенной в расчеты параметров ячеек модели, от измеренного значения, что позволяет уточнить формулы для расчета. Показана возможность применения предложенного метода для измерения плотности теплового потока в объеме грунта первичным преобразователем цилиндрической конструкции. Установлено, что проявляется шунтирующие влияние первичного преобразователя при проведении измерений, которая может быть скомпенсирована на этапе градуировки. Определены требования к разрешающей способности по температуре каналов измерения градиента температуры и теплопроводности измерительной системы.

В третьей главе приведены материалы по разработке системы для измерения плотности теплового потока в объеме грунта первичным преобразователем погружаемого типа, реализованным в виде многозонного термопреобразователя сопротивления с чувствительным элементом из медного микропровода.

На основе сформулированных требований разработана структурная схема измерительной системы и выбрана элементная база для ее реализации. Разработаны электрические схемы каналов измерения температуры и теплопроводности с фиксированным значением измерительного тока. Разработаны математические модели измерительных каналов и предложена методика идентификации их параметров. Установлено, что разрешающая способность канала измерения температуры составляет 0,0004 К при измерительном токе 4 мА, а для канала измерения теплопроводности - 0,0004 К при измерительном токе 46 мА. Экспериментально подтверждены линейность измерительных каналов и стабильность их параметров.

Разработано программное обеспечение для автоматического измерения плотности теплового потока и теплопроводности грунта, и взаимодействия с персональным компьютером.

Четвертая глава посвящена разработке лабораторного источника теплового потока, предназначенного для градуировки и поверки первичных преобразователей плотности теплового потока погружаемого типа и измерительной системы на его основе.

Предложена конструкция теплометрической установки, содержащей тепловую ячейку с рабочей зоной в виде удлиненного цилиндра, заполненной сухим промытым речным песком. Для установки заданного значения теплового потока вдоль оси тепловой ячейки и исключения теплопотерь через боковую цилиндрическую поверхность лабораторный источник теплового потока содержит многоканальный стабилизатор температуры. Разработана структурная схема блока управления, электрическая схема канала термостата, его математическая модель и методика идентификации ее параметров. Установлено, что разрешающая способность канала термостата по температуре составляет 0,0015 К при измерительном токе 20 мА и 0,0001 К при токе 300 мА. Экспериментально подтверждена линейность каналов термостата и показана возможность их применения в лабораторном источнике теплового потока.

Погрешность поддержания температуры в зонах стабилизации теплометри-ческой установки не превышает 0,01 К, что, в частности, обеспечивается за счет использования совмещенных нагревателей-датчиков температуры в виде термопреобразователя сопротивления.

По результатам совместного моделирования тепловой схемы источника теплового потока, электрической схемы канала термостата и алгоритмической схемы регулятора установлено, что максимальный коэффициент стабилизации температуры достигается при использовании алгоритма ПИ-регулирования и составляет более 200 единиц.

Экспериментальные исследования первичного преобразователя в лабораторном источнике теплового потока показали его линейность, что подтверждает

возможность его использования для измерения плотности теплового потока в объеме грунта.

По результатам испытаний в полевых условиях подтверждена возможность использования модифицированного градиентного метода, первичного преобразователя плотности теплового потока на его основе и измерительной системы для оценки уровня теплопотерь на теплотрассах расположенных под поверхностью грунта.

Автор выражает благодарность преподавателям и сотрудникам кафедры «Вычислительная техника» ИжГТУ имени М. Т. Калашникова за помощь и поддержку, оказанные при проведении исследований, научному руководителю, заведующему кафедрой «Вычислительная техника» ИжГТУ имени М. Т. Калашникова д.т.н., профессору В. А. Куликову за общее руководство работой, помощь в постановке научных задач, критику, ценные замечания и рекомендации.

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

1.1 Классификация методов измерения плотности теплового потока

В основу классификации положены признаки: место проведения измерений, характер теплового процесса, форма измерительного датчика и реализуемый им принцип измерений. Классификационная схема представлена на рис. 1.1.1.

По месту проведения измерений методы делят на 2 группы: предназначенные для измерений поверхностной плотности теплового потока и в объеме исследуемой среды.

Методы, предназначенные для измерений поверхностной плотности теплового потока, не отражают значений теплового потока в объеме исследуемой среды, так как поверхностный тепловой поток в значительной степени зависит от изменений условий окружающей среды, таких как суточные колебания температуры, изменение коэффициента теплоотдачи от поверхности в окружающую среду, влажность.

Методы измерений плотности теплового потока в объеме исследуемой среды обладают большей точностью, так как в меньшей степени сказываются изменения параметров окружающей среды.

В зависимости от скорости изменения измеряемого теплового потока методы могут быть разделены на 2 группы: стационарные и нестационарные.

Стационарные методы применяются при малых скоростях изменения теплового потока, обычно реализуются в лабораторных условиях и по этой причине обладают относительно высокой точностью измерений. Нестационарные методы, предназначенные для измерений постоянных и изменяющихся во времени тепловых потоков.

Рисунок 1.1.1. Классификационная схема методов измерения плотности теплового потока

По принципу измерений методы могут быть разделены на калориметрические, электрометрические и градиентные. Причем калориметрические и электрометрические методы чаще всего используются в датчиках теплового потока плоского типа и применяются для измерений поверхностной плотности теплового потока. Градиентные методы могут быть использованы как в плоских, так и в цилиндрических (игольчатых) датчиках, что расширяет возможности их применения. В плоских датчиках, реализующих градиентный метод, в качестве измерительной среды используется сам датчик, а в цилиндрических может использоваться исследуемая среда.

1.2 Методы измерения плотности теплового потока 1.2.1 Калориметрический метод

Теоретической основой калориметрического метода является уравнение первого закона термодинамики [4]

Аи = 0 - А, (1.2.1.1)

где А и - изменение внутренней энергии неизолированной термодинамической системы; 0 - количество теплоты, переданное системе; А - работа совершенная системой над внешними телами.

Физический принцип метода заключается в том, что процесс теплообмена между набегающим потоком и калориметром организуется таким образом, чтобы вся теплота 0, подведенная к теплоприемному элементу калориметра известной массы и геометрической формы, затрачивалась на изменение его энтальпии (теплосодержания) при условии отсутствия теплоотвода. В этом случае

0 = ст Дт, (1.2.1.2)

где т - масса теплоприемного элемента калориметра; с - удельная теплоемкость материала теплоприемного элемента калориметра, взятая при среднемассовой температуре Т (т); Дт - время экспозиции (протекания) теплового потока.

Выражение (1.2.1.2) легко преобразуется к виду удобному для расчета плотности теплового потока, если выбрать соответствующую геометрическую

форму, например такую, чтобы расходуемая на его нагревание теплота Q была передана через известную теплоприемную поверхность элемента [5]:

у = ^т = ' С1.2.1.3)

FДт Дт

где р - плотность материала теплоприемного элемента; F - площадь поверхности, воспринимающей теплоту; 8 - толщина тепловоспринимающей поверхности; ДТ - изменение температуры калориметра в течение интервала времени измерения Дт.

Важно, чтобы вся поверхность однозначно определяла объем теплоприемного элемента, то есть, чтобы массу тела т можно было представит в виде

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никитин Кирилл Андреевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Мюго-САР 8 / М. А. Амелина, С. А. Амелин. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. -464с.

2. Браун, Питс, Лепперт. Теплоотдача при вынужденной конвекции от равномерно нагреваемой сферы. -Теплопередача, 1962, -84 с.

3. Браун. Прибор для измерения стационарного теплового потока. /Браун, Питс, Лепперт. // Приборы для научных исследования, 1936, №1. -С. 8.

4. Геращенко О.А., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения: Справочное руководство. - Киев: Наукова думка, 1965. - 304 с.

5. Григорович Б.М. Метод калориметрирования тепловых потоков высокой интенсивности датчиками регулярного режима. /Григорович Б.М., Назарен-ко И.П., Никитин П.В., Сотник Е.В. // Современные проблемы науки и образования: электронный научный журнал. - Москва: Академия естествознания, 2009 №3. -С. 33-42.

6. ГОСТ Р 8.797-2012. Государственная поверочная схема для средств измерений поверхностной плотности теплового потока в диапазоне от 1 до 10000

л

Вт/м . -М.: Стандартинформ, 2014. -7с.

7. ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля: Общие технические требования и методы испытаний. -М: Стандартинформ, 2011. -37 с.

8. Дворяшин, Б. В. Метрология и радиоизмерения. - М. : Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.

9. Датчик теплового потока ДТП 0924 [Электронный ресурс] / ОАО НПП Эталон - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.omsketalon.ra/?actюn=dtp_0924&, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. рус.

10.Ермаков С. М. Статистическое моделирование / С. М. Ермаков, Г. А. Михайлов. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. -296 с.

11.Залкинд И.Я., Ананьин А.В., Кормер И.М. Малоинерционный тепломер ОРГРЭС. - Теплоэнергетика, 1960. - 7 с.

12.Иванов Н. С. Теплообмен в криолитозоне. -М: Изд-во АН СССР, 1962 г.

13. Куликов А. В. Разработка малогабаритных термопреобразователей сопротивления для систем температурной диагностике в судебной медицине: ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук. - Ижевск, 2006. - 24 с.

14. Кузьмин М. П. Электрическое моделирование нестационарных процессов теплообмена. - М.: Энергия, 1974. - 416 с.

15.Коздоба Л. А. Электрическое моделирование явлений тепло- и массопере-носа. - М.: Энергия, 1972. - 296 с.

16.Куликов А. В. Особенности математического моделирования тепловых процессов на виртуальных электрических моделях // Электротехнические комплексы и системы. Межвуз. сборник. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2006. - С. 21-25.

17. Куликов А. В. Математическое моделирование тепловых процессов на виртуальных электрических моделях / ИжГТУ. - Ижевск, 2006. Деп. в ВИНИТИ 17.04.06, № 509-В2006. - 37 с.

18.Коновалов Е. А. Система для оценки давности наступления смерти человека: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Санкт-Петербург, 2012. - 16 с.

19. Куликов В. А. Исследование саморазогрева термопреобразователей сопротивления под действием измерительного тока / Ижевск: ИжГТУ, 1988. -Деп. В. ВИНИТИ 06.04.98, №1025-В98. -18 с.

20. Куликов В. А. Технические средства оценки давности наступления смерти человека тепловым методом: монография. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. -208 с. -(Серия «Монографии ИжГТУ»)

21.Коновалов Е.А., Куликов В.А., Власов В.Г. Разработка канала измерения температуры термометра высокого разрешения. // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. науч.-техн. конф. факультета «Информатика и вычислительная техника» ИжГТУ. - Ижевск: ИжГТУ, 2010. -С. 179-188.

22.Коновалов Е.А., Куликов В.А. Вопросы проектирования мостовых преобразователей сопротивления для термометров высокого разрешения, ИжГТУ. -Ижевск, 2006. - 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.02.2006, № 201-В2006.

23.Куликов В.А., Коновалов Е.А., Власов В.Г. Разработка измерительного канала термометра высокого разрешения // Интеллектуальные системы в производстве, 2010, 1(15). С. 236-243.

24. Куликов А. В. Методика измерения термического сопротивления термопреобразователей / В. А. Куликов, А. В. Куликов, В. Н. Сяктерев // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: Тр. науч.-техн. конф. (Ижевск, 13-14 апреля 2004 г.). -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2005. -С. 389-394.

25. Куликов В. А. Оценка погрешности дискретизации объема при электрическом моделировании тепловых процессов / Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: труды III научно-технической конференции (Ижевск, 14-15 апреля 2006 г.) -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. -С.525-528.

26. Куликов В. А. Подавление влияния сопротивлений линий связи и коммутирующих цепей в системах измерения температуры / ИжГТУ. - Ижевск, 1998. - Деп. в ВИНИТИ 06.04.98, №1024-В98. - 10 с.

27.Курбатова Н.А. Разработка и исследование радиационно-конвективного метода и установки эталонного назначения для поверки датчиков теплового потока: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Новосибирск, 2011. - 22 с.

28. Куликов В. А. Микротермостат с совмещенным нагревателем и датчиком температуры. //Приборы и техника эксперимента. - 2002, №3. -С. 135-136.

29.Кузнецов Л. А. Теплоотдача круглой струи, вытекающей в щель. -Энергомашиностроение, 1959, -11 с.

30.Куликов В. А. Методики измерения термического сопротивления термопреобразователей. // Куликов В. А., Никитин К. А., Лобашев А. С. // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. реги-

ональной науч.-техн. очно-заочной конференции. - Ижевск: ИжГТУ, 2014. -С. 282-287.

31.Линник Ю. В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. -М: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962, -352 с.

32.Лельчук В. Л. Теплообмен и гидравлическое сопротивление при течении с большими скоростями. - ЖТФ, 1939г.

33.Методы определения теплопроводности и температуропроводности / под ред. А. В. Лыкова. - М. : Энергия, 1973. - 336 с.

34.Магазины сопротивления Р4830/1, Р4830/2, Р4830/3. Паспорт 2.704.021ПС.

35.МИ 1855-88. Методические указания. Государственная поверочная схема для средств измерений поверхностной плотности теплового потока в диапа-

л

зоне 10-2000 Вт/м . -М: Изд-во стандартов, 1988. -5с.

36.Мальцев В. В. Исследование движения газов и теплоотдачи во вращающихся роторах. -Вестн. электропром., 1962, -11 с.

37.Никитин К.А. Особенности расчета параметров электротепловой модели термопреобразователя сопротивления // Измерение контроль и диагностика - 2012: сб. материалов II Всероссийской науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 60-летию ИжГТУ имени М. Т. Калашникова (Ижевск, 14-16 мая 2012 года). -Ижевск: ИжГТУ, 2012. -с.331-336

38. Никитин К. А. Исследование градиентного датчика малых тепловых потоков в грунте / Куликов В. А., Никитин К. А. // Интеллектуальные системы в производстве. -2010, №2 (16). -С. 186-192

39.Никитин К. А. Информационно-измерительная система для исследования термопреобразователей сопротивления высокого разрешения / В. А. Куликов, К. А. Никитин, В. В. Сяктерева // Электронные устройства и системы: межвузовский научный сборник. - Уфа: УГАТУ, 2010. - С. 56-60.

40. Никитин К. А. Лабораторный источник теплового потока / В. А. Куликов, К. А. Никитин // Приборостроение в XXI веке - 2011. Интеграция науки, обра-

зования и производства: сб. трудов VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. (Ижевск, 15-17 ноября 2011). -Ижевск: ИжГТУ, 2012, -с. 81-83

41. Никитин К. А. Структурирование данных при построении электротепловых моделей // Куликов В.А., Никитин К. А., Филиппов А. А. // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. регион. науч.-техн. очн. заочн. конференции. 18 мая 2013 - Ижевск: ИжГТУ, 2013. -С. 55-58

42.Никитин К. А. Автоматизация подготовки данных при электротепловом моделировании в среде Мюш-САР // Куликов В.А., Никитин К. А., Филиппов А. А. // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. науч.-техн. конференции факультета «Информатика и вычислительная техника». - Ижевск: ИжГТУ, 2012. -С. 158-162

43. Никитин К. А. Канал измерения температуры высокого разрешения / В. А. Куликов, К. А. Никитин // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова -2013, №1(57) -С.100-103

44. Никитин К. А. Схемотехника измерительного канала с термопреобразователем сопротивления / А. В. Куликов, К. А. Никитин // Приборостроение в XXI веке - 2012. Интеграция науки, образования и производства: материалы VII Всерос. науч.-техн. конф.с междунар. участием, посвященной 60-летию ИжГТУ имени М. Т. Калашникова (Ижевск, 14-16 ноября 2012г.) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. -с.45-48

45.Никитин К. А. Идентификация параметров измерительного канала термометра высокого разрешения / Куликов В. А., Никитин К. А // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. науч. -техн. конференции факультета «Информатика и вычислительная техника». - Ижевск: ИжГТУ, 2010. -С. 188-191.

46. Никитин К. А. Разработка термостата лабораторного источника теплового потока. / В. А. Куликов, В. Н. Сяктерев, С. Г. Селетков, К. А. Никитин // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. - 2012, №2(54) - С. 114-117.

47.Никитин К. А. Моделирование ПИД-регулятора температуры для источника теплового потока / В. А. Куликов, К. А. Никитин // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова - 2013, №2(58) -С. 98-102.

48.Никитин К. А. Сравнение П, ПИ и ПИД регуляторов температуры лабораторного источника теплового потока / В. А. Куликов, К. А. Никитин, М. А. Рогожников // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сб. тр. регион. науч.-техн. очн. заочн. конференции. 18 мая 2013 - Ижевск: ИжГТУ, 2013. -С. 210-215.

49. Никитин, К. А. Метод исследования тепловых процессов в грунте, обусловленных внутренними источниками теплоты / В. А. Куликов, К. А. Никитин // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. -2015, №4(68). -С.50-53.

50.Николаевский А., Душин И. Измерители малых тепловых потоков. - Холодильная техника, 1952. - 2 с.

51.НПП ИНТЕРПРИБОР [Электронный ресурс] / НПП ИНТЕРПРИБОР -Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.interpribor.ru/, свободный. -Загл. с экрана. - Яз. рус.

52.Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Под ред. Е.М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.

53. ОАО НПП Эталон [Электронный ресурс] / ОАО НПП Эталон - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.omsketalon.ru/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

54.Пехович А. И. Расчеты теплового режима твердых тел / А. И. Пехович, В. М. Жидких. - Л. : Энергия, 1976. - 352 с.

55.Патент на полезную модель № 58703 (Россия), МПК 001К7/16 / Термопреобразователь сопротивления / В. А. Куликов, В. Н. Сяктерев, А. Ю. Вавилов. Заяв. 19.05.2006-№2006117260/22(Россия);Спубл-27.11.2006. -Бюл. №33.

56.Патент на полезную модель № 105442 (Россия), МПК 001К7/16 / Термопреобразователь сопротивления / В. А. Куликов, В. В. Сяктерева. Заяв. 12.01.2011. - № 2011101194/28 (Россия); Опубл. - 10.06.2011. - Бюл. № 16.

57. Патент на полезную модель № 129635 (Россия), МПК 001К7/16 / Термопреобразователь сопротивления / В. А. Куликов, К. А. Никитин, В. В. Сяк-терева. Заяв. 02.11.2012.-№2012146950/28(Россия);Спубл.-27.06.2013. -Бюл. №18.

58.Патент на изобретение № 2452927 (Россия), МПК 001К19/00 / Устройство для калибровки датчиков теплового потока / Н. А. Курбатова, В. Я. Черепанов / Заяв. 23.03.2011.-№ 2011111054/28 (Россия);Опубл.-10.06.2016. -Бюл. №18.

59.Патент на изобретение №2533755 (Россия), МПК 001К7/00 / Термопреобразователь сопротивления (варианты) и способ его изготовления / В. А. Куликов, К. А. Никитин, М. А. Рогожников. Заяв. 20.05.2013. -№2013122973 (Россия); Опубл. -20.11.2014. -Бюл. №32

60. Приборы неразрушающего контроля и испытательное оборудование для лабораторий [Электронный ресурс] / СКБ Стройприбор - Электрон. дан. -Режим доступа: www.stroypribor.ru, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

61.Ротач В. Я. Теория автоматического управления. -М.: «Издательский дом МЭИ», 2008. 396с.

62. Распоряжение правительства Российской Федерации от 27.09.2012 №1794-р «Об утверждении плана мероприятий по совершенствованию государственного регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности» // Собрание законодательства Российской Федерации. -2012. -№40. Ст.5514

63.Сяктерева В.В. Разработка зондовых методов измерения теплопроводности грунта на основе термопреобразователей сопротивления: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Ижевск, 2011. - 24 с.

64.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013617930 от 08.07.2013 / Программа построения электротепловых моделей осесимметричных объектов / В. А. Куликов, К. А. Никитин, А. А. Фил-липов; Опубл. - 27.08.2013.

65.Сяктерева, В. В. Экспериментальные исследования информационно -измерительной системы для измерения теплопроводности грунта / В. А. Куликов, В. В. Сяктерева, К. А. Никитин // Интеллектуальные системы в производстве. - 2011. - № 1 (17). - С. 191-196.

66.Сяктерева, В. В. Динамические измерения теплопроводности грунта с применением линейного нагревателя-датчика температуры / В. А. Куликов, В. В. Сяктерева // Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (50). - С. 137-140.

67.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611106 от 11.12.2012 / К. А. Никитин. Программа управления информационно-измерительной системой для исследования датчиков на основе термопреобразователя сопротивления; Опубл. - 9.01.2013.

68.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611105 от 11.12.2012 / К. А. Никитин. Программа управления аппаратными средствами информационно-измерительной системы; Опубл. -9.01.2013.

69.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619621 от 22.10.2013/ В. А. Куликов, К. А. Никитин, М. А. Рогожников. Программный модуль метрологического обеспечения информационно измерительной системы; Опубл. - 09.12.2013

70.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013661665 от 29.10.2013/ В. А. Куликов, К. А. Никитин, М. А. Рогожников. Программа управления аппаратными средствами термостата; Опубл. -12.12.2013

71. Стюшин Н.Г. О влиянии материала поверхности на теплообмен при пузырьковом кипении. - В. кн: Вопр. теплообмена при изменении агрегатного состояния вещества. М. - Л., 1953 г.

72.Сергиевская Т. Г. Теплоотдача статора электрической машины. -Вестн. электропром., 1969, -11 с.

73.Указ Президента Российской Федерации от 07.07.2011 №899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологии и технике в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации» // Собрание законодательства Российской Федерации. -2011. -№28. -Ст. 4168

74.Федеральный закон Российской Федерации от 23.10.2009 №261-Ф3 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» // Собрание законодательства Российской Федерации. -2009. -№48. -Ст. 5190

75.ЭКСИС - контрольно-измерительные приборы [Электронный ресурс] / ЭКСИС - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.eksis.ru/, свободный.

- Загл. с экрана. - Яз. рус.

76.Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. - 2-е изд., перераб. - Л: Энергоатомизадт, 1990. - 256 с.

77.AD8628/AD8629/AD8630 (Rev. K) - AD8628_8629_8630.pdf [Электронный ресурс] / Analog Devices - Электрон. дан. - Режим доступа: http: //www.analog.com/static/imported-

files/data_sheets/AD8628_8629_8630.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

78.ADR420/ADR421 /ADR425 (Rev. J) - ADR420_421_423_425.pdf [Электронный ресурс] / Analog Devices - Электрон. дан. - Режим доступа: http: //www.analog.com/static/imported-

files/data_sheets/ADR420_421_423_425.pdf, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

79.AD5024/AD5044/AD5064 (Rev. F) - AD5024_AD5044_AD5064.pdf [Электронный ресурс] / Analog Devices - Электрон. дан. - Режим доступа: http: //www.analog.com/static/imported-

files/data_sheets/AD5024_AD5044_AD5064.pdf, свободный. - Загл. с экрана.

- Яз. англ.

80.AD7738 8-Channel, High Throughput, 24-Bit Sigma-Delta ADC Data Sheet (Rev.0) - AD7738.pdf [Электронный ресурс] / Analog Devices - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7738.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

81.ADA4638-1 (Rev. 0).pdf [Электронный ресурс] / Analog Devices - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADA4638-1.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

82.Blackwell, J. H. A transient-flow method for determination of thermal constants of insulating materials in bulk // J. Appl. Phys. - 1954. - V. 25. - P. 137-144.

83.B. Merckx. Simplified Transient Hot-Wire Method for Effective Thermal Conductivity Measurement in Geo Materials: Microstructure and Saturation Effect / B. Merckx, P. Dudoignon, J. P. Garnier, D.Marchand // Advances in Civil Engineering, vol. 2012, 2012, 10p.

84.B. Merckx. Development of effective thermal conductivity measurement in geo-materials by Surface Transient Hot-Wire Method / B. Merckx, P. Dudoignon, J. P. Garnier, S. Martemianov // International Review of Mechanical Engineering, vol. 6, no. 2, pp. 270-276, 2012

85.Bullard E. The heat flow and heat though the floor of the Atlantic. -Proc. Roy. Soc., 1950, A-222, 1150, 408

86.Best High Temperature Heat Flux Sensor | HT-50 Thermal Flux Meter [Электронный ресурс] / International Thermal Instrument Company, Inc. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.thermalinstrumentcompany.com/products/heatfluxtransducers/ht-50thermalfluxmeter, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

87.Foster Th. D. Heat-flow measurements in the Northeast Pacific and in th Bering Sea. -J. Geophys. Res., 1962, 67, 7, 2991

88.HFT3 Manual - hft-3.pdf [Электронный ресурс] / Campbell Scientigic, Inc -Электрон. дан. -Режим доступа: http://s.campbellsci.com/documents/us/manuals/hft-3.pdf, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

89.HFP01-HFP01 v1003.pdf [Электронный ресурс] / HUKSEFLUX - Электрон. дан. -Режим доступа http://www.hukseflux.com/sites/default/files/product_brochure/HFP01%20v1003 .pdf, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

90.HFP03-HFP03 v1003.pdf [Электронный ресурс] / HUKSEFLUX - Электрон. дан. -Режим доступа http://www.hukseflux.com/sites/default/files/product_brochure/HFP03%20v1003 .pdf, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

91.J. H. Klems. Large-area, high-sensitivity heat-flow sensor. // Rev. Sci. Instrum. 53(10). Oct. 1982. -P. 1609-1612.

92. Kyoto Electonics Manufacturing Co., Ltd.("KEM")[Электронный ресурс] / Kyoto Electonics Manufacturing Co - Электрон. дан. -Режим доступа http://www.kyoto-kem.com/en/, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. англ.

93.Misener A. D. Heat flow and depth of permafrost at resolute bay. -Trans. Amer. Geophys. Union, 1955, 36, 6, 1055

94.Nikitin K. A. Investigations of Laboratory Heat-Flux Source // Third Forum of Young Researchers. In the framework of International Forum "Education Quality - 2012" : Proceedings (February 20-22, 2012, Izhevsk, Russia). - Izhevsk : Publishing House of ISTU, 2012, -p. 176-180.

95.Nunner, W. (1956). Heat Transfer and Pressure Drop in Rough Tubes. VDI-Forschungsheft, № 455, vol. 22, p.5-39

96.Perry K. P. - Proc. Inst. Mech. Engrs, 1954, -p. 168

97.Portman D. J. Conductivity and length relationships in heat-flow transducer performance. -Tran. Amer. Geophys. Union, 1958, 39, 6, 1089

98.Pellane C.M., Bradley C.B. A rapid heat-flow meter thermal conductivity apparatus materials. - Res. a. stand., 1962. - 549 p.

99.Shmidt E. Ein neuer Warmeflussmer und seine praktische Bedeuting in der Warmeschutztechnik. -Mitt. Forschungswissens fur Warmeschutz. Munchen, 1923.

100. Witte A. B., Harper E. Experimental investigation of heat transferrates in rocket thrust chambers - AIAA J, 1963, 1, 2.

ПРИЛОЖЕНИЯ

г

УТВЕРЖДАЮ: Проректор по учебной работе ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный

АКТ

об использовании в учебном процессе результатов диссертационной работы Никитина Кирилла Андреевича

Мы, ниже подписавшиеся, декан факультета «Информатика и вычислительная техника» д.т.н., профессор Лялин В.Е., профессор кафедры «Вычислительная техника» д.т.н., профессор Гитлин В. Б. и доцент кафедры «Вычислительная техника» к.т.н., доцент Петухов К.Ю. составили настоящий акт о том, что результаты научных исследований Никитина Кирилла Андреевича, представленные в диссертационной работе на соискание ученой степени кандидата технических наук, а именно:

1) система измерений плотности теплового потока в грунте и схемотехнические решения, предложенные при ее создании;

2) лабораторный источник теплового потока;

3) программное обеспечение, предназначенное для создания электротепловых моделей осесимметричных объектов,

используются в учебном процессе кафедры «Вычислительная техника» в образовательной программе магистратуры «Информационно-измерительные системы» при чтении лекций по дисциплине «Аппаратные средства информационно-измерительных систем» и при выполнении выпускных магистерских работ.

Члены комиссии:

В.Е. Лялин В.Б. Гитлин

К.Ю. Петухов

УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по научной работе ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный

ческии университет имени

Л.Т. Калашникова» д.т.н., профессор

А.И. Коршунов 2014 г.

АКТ

испытаний Системы измерения плотности теплового потока в объеме грунта

Комиссия в составе начальника Управления инженерных сетей и коммуникаций ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» Ерещенко A.A., заместителя начальника Коротаева A.J1. и мастера Коростина А.И. названного управления, заведующего кафедрой «Вычислительная техника» д.т.н., профессора Куликова В.А. и аспиранта указанной кафедры Никитина К.А. составила настоящий АКТ о том, что на территории «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» были проведены испытания компьютерной системы, предназначенной для измерения плотности теплового потока в грунте, обусловленного потерями тепла при транспортировке теплоносителя по заглубленным трубопроводам, разработанной на кафедре «Вычислительная техника» при выполнении диссертационной работы Никитиным Кириллом Андреевичем.

Краткое описание системы измерений.

Система выполнена в портативном варианте и содержит игольчатый датчик плотности теплового потока погружаемого типа, электронный блок первичной обработки информации и переносный персональный компьютер. Датчик подключается к электронному блоку с помощью разъема, блок питается от встроенного аккумулятора, связь блока с компьютером осуществляется с помощью USB-кабеля. Управление и контроль за процессом измерений осуществляются с помощью специальной компьютерной программы.

Методика проведения измерений и результаты.

Испытания проводились в весенний период в первой половине для в солнечную погоду при температуре воздуха +2...3 °С и слабом ветре (до 2 м/с) в два этапа.

27 марта 2014 года проводились измерения плотности теплового потока на участке теплотрассы системы отопления корпуса № 2, где была нарушена теплоизоляция трубопроводов, заглубленных в грунт. Температура теплоносителя в трубопроводах составляла 63,2 °С - в прямом и 42,6 °С - в обратном. Были выполнены измерения в двух точках объема грунта над теплотрассой на глубине 0,5 м от поверхности земли. Грунт представлял собой смесь влажного песка, глины, осколков кирпича, стекла и корней растений. Средняя температура грунта составила +18,5 °С.

В таблице 1 представлены результаты измерений разности температуры Д7" на длине 80 мм в направлении, перпендикулярном поверхности земли, полученные с интервалом 10 минут, и рассчитанные по ним среднее значение (Сред), средне-квадратическое отклонение (СКО) и погрешность (Погр., %) как СКО

Погр =-/100 %, где t - коэффициент Стьюдента. Также представлены резуль-

Сред

таты измерений коэффициента теплопроводности грунта А,, Вт/(м К) и плотности теплового потока д. Вт/м2.

Таблица 1

№ AT, К

Первая точка Вторая точка

1 1.567 1,695

2 1,572 1,711

3 1.576 1,710

4 1,578 1,698

5 1.576 1,711

6 1,577 1,711

7 1,576 1,699

8 1.575 1.698

9 1,573 1,705

10 1,572 1,695

Сред. 1,574 1,703

СКО 0,003 0,007

Погр. % 0,46 0,91

1, Вт/(м • К) 1.769 1,465

q, Вт/м2 35,54 31.98

22 апреля 2014 года проводились измерения плотности теплового потока в двух точках на участках теплотрассы корпуса № 2, где трубопроводы отопительной системы, заглубленные в грунт, имеют нарушения в теплоизоляции и теплоизолированы в соответствии с установленными нормами. Температура теплоносителя в трубопроводах: 68.0 °С - в прямом и 44,0 °С - в обратном. Глубина погружения

датчика составляла 0,5 м от поверхности земли, средняя температура в зоне измерений была +19 °С.

Также производились замеры плотности теплового потока вблизи поверхности земли на глубине 0,1 м.

Результаты измерений представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2

№ АТ,К

В объеме грунта Вблизи поверхности

1 1.571 -0,253

2 1,559 -0,258

3 1.556 -0,264

4 1.554 -0,273

5 1.553 -0,280

6 1,551 -

7 1,549 -

8 1.547 -

9 1.543 -

10 1.540 -

Сред. 1,552 -0,266

СКО 0,009 0.011

Погр. % 1,26 -10,62

Вт/(м • К) 1,357 0,782

<7, Вт/м2 27,05 -2,72

Таблица 3

№ Д7\К

В объеме грунта Вблизи поверхности

1 0.470 -1.739

2 0,472 -1.721

3 0,473 -1.696

4 0,474 -1,671

5 0,471 -1,651

6 0,471 -

7 0,473

8 0,470 -

9 0,472 -

10 0,470 -

Сред. 0,472 -1,696

СКО 0,001 0,036

Погр. % 0,65 -5,43

X, Вт/(м • К) 1.640 0,948

ц, Вт/м2 9,90 -20,89

г

Заключение.

Система измерений плотности теплового потока в грунте позволяет производить измерения температуры и разности температуры грунта на рабочей части датчика (80 мм), коэффициента теплопроводности грунта и плотности теплового потока, направленного перпендикулярно поверхности земли.

Показания системы стабильны, результаты измерений плотности теплового потока на глубине 0,5 м зависят от качества теплоизоляции трубопроводов и не противоречат данным, полученным по результатам измерений температуры теплоносителя и его расхода.

Система измерений может использоваться при оценке качества теплоизоляции трубопроводов, заглубленных в грунт, путем сравнения значений плотности теплового потока теплопотерь, измеренной внутри грунта на участках с нормальной и нарушенной теплоизоляцией.

Члены комиссии: _ А.А. Ерещенко